Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации Z-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типа Нуриева Евгения Владимировна

Содержание к диссертации

Введение

1. Обзор литературы 5

1.1. Физиологическая активность молекулы таксола 5

1.2. Полусинтстическое получение таксола 6

1.3. Биологически активные шпформации таксола 7

1.4. Взаимосвязь структуры и активности для аналогов таксола 11

1.4.1. Таксотср 11

1.4.2. Вариации заместителей к таксановом ядре 12

1.4.3. Модификации в боковой цепи и одновременные модификации » таксаповом ядре и боковой цепи 29

1.4.4. Скелетные аналоги таксола 38

2. Обсуждение результатов 44

2.1. Создание обобщенных моделей потенциальных дигандовтубулииа на основе каркасных структур 48

2.2. Синтез эфиров N-бсизоилфенилнзосерина с каркасными спиртами 48

2.2.1. Препаративный синтез (2/?,5^^-бензоилфспилизосершш

2.2.2. Реакция этерификации циклических и каркасных спиртов с модельной аминокислотой 51

2.2.3. Синтезы адамантаповых производных, соответствующих обобщенной Модели 11 58

2.2.3.1. Введение защитных групп в молекулу фспилизосерина 58

2.2.3.2. Синтез адамантилового эфира (.З/^З^-М-бсизоилфеншшзоссрипа 60

2.2.3.3. Синтез І-^ЙДЧуК-бстаилфєнилизосерилокси^-бсизоилоксп-адамантана 62 2.2.4. Синтезы бицикло[3.3.1]ионановых производных, соответствующих обобщенной Модели I 64

2.2.4.1, Синтез 7он^«-((2/Ї^Уг>І-беіізоилфенилизосерилокси)-3-:жзд- мстоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана 66

2.2.4.2. Синтез 7-((2Д1ЛЧ)-Ы-бспзоилфенилизоссрилокси)-1-гмдроксиб Циклопонана 68

2.2.4.3. Синтез 7<лк)гь((2/^ІЛ*)->]-бензоидфснилизосерилокси)-2-бепзоилоксибицикло[3.3.1]нонана 69

2.2.4.4. Сишсз 7-((2ЯД^-М-бєнзоилфеііилизосерилокси)-2-беіізоилоксн-3-мстоксикарбонилб[щикло[3.3,1 ]ноііана 71

2.2.4.5. Синтез 7-а/н)о-((2Л,і5)-М-беизоилфснилизоссрилокси)-2-беіічилокси-3-:жзо-метоксикар(їопилбициіою[3.3.1]ііоітна 78

2.2.4.6. Синтез 7-з;<()о-((2/ї,ЗЛуК-бсгпоилфеішлизосершіокси)-1 -гидріжен-3-эо«-мстоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана 80

2.3. Тестирование эфнров (^Я.ЗЛО-М-бензоилфснилизосернпа с каркасными спиртами на биологическую активность 81

2.4. Изучение роли структурных фрагментов (2Я,і5)-ЬГ-бепзошіфепилнзоссрилокел-адамантана для проявления тубулип-агрегирующей активности 83

2.4.1. Роль аддмантанового фрагмента в обеспечении тубулин-агрегирующеи активности 83

2.4.1.1. Синтез ((2Л.Л9)-К-бсіізоилфенилизоссрилокси)-никлогексана 83

2.4.1.2. Синтез 1-((2Л,ІЛ,)"^"беизоилфс»илизоссрилокси)-4,4-днмстііл-2-циклогексена 84

2.4.1.3. Синтез 1-((2ЯД^-Ы-бснзоилфенилизосершюкси)-ш/>ш/с.'-декалина 85

2.4.1.4. Синтез 3-((2Л,35)-К-бепзоилфенилизоссрилокси)-бицикло|З.ЗЛ jiioiiaua 86

2.4.2. Изучение влияния небольших заместителей вадамаптаповом каркасе на тубул и н-агрегиру юн ry to'активность 86

2.4.2.1. Синтез І-((2Л,і5)-К-беизоилфснилизоссрилокси)-4-ок*соадіїмантана 86

2.4.2.2. Синтез 1 -((2Л,і5)-К-бензоилфенилизоссрилокси)-4-мстил-адама[Ггана и 1-((2Я^уЫ-бензоШ]фе11илизосерилокси)-4,4-димстил-адамантаиа 86

2.4.3. Изучение роли (2Л,ІЛ*)-К-беизоилфсііилизосериііа в обеспечении тубулии -агрегирующей активности 89

Выводы 90

• Полусинтстическое получение таксола
• Модификации в боковой цепи и одновременные модификации » таксаповом ядре и боковой цепи
• Синтез адамантилового эфира (.З/^З^-М-бсизоилфеншшзоссрипа
• Роль аддмантанового фрагмента в обеспечении тубулин-агрегирующеи активности

Введение к работе

Во второй половине XX века из природных источников - экстрактов коры Taxits brevifolia - было выделено химическое соединение таксол (паклитакссл), I, которое обладало высокой аффинностью к клеточному белку fi-тубулнну и проявляло противоопухолевую активность [1-3]. Сложная и необычная структура этого дитерпенопого алкалоида, а также уникальный механизм его действия, стимулировал» появление огромного количества работ (химических, биологических, фармакологических и медицинских) но изучению его молекулы [см. обзоры 4-11 ]. N11 В/. О ЛсО О

В настоящее время таксол используется в клинической практике как противоопухолевое средство, однако его применение существенно ограничивается сложностью его структуры и вытекающей из этого необходимостью получения таксол а полусинтетическим путем из природных источников. Именно поэтому в последние годы возник интерес к решению важной проблемы создания структурно более простых соединений, обладающих подобной таксолу активностью. Хотя подавляющее большинство описанных в литературе аналогов таксола по своей структуре очень близко природной молекуле и представляет собой лишь незначительные модификации последней, тем не менее, в последние годы появились работы по созданию новых классов чисто синтетических, «структурно упрощенных» соединений с похожей физиологической активностью. Дизайн подобных аналогов таксола базируется на идее о возможности замены дитерпеиового фрагмента в структуре 1 па другой, менее сложный фрагмент.

В русле этой научной тенденции и находится настоящая работа. Кс задачей явилось изучение возможности создания новых классов потенциши.иых лигандов [ї-тубулипа на основе каркасных структур адамантанового и бнцикло[3.3.1]шшанового типа. Выполнение этой работы включало в себя осуществление классической для медицинской химии логической цепи исследований: 1) компьютерное моделирование и предсказание структур; 2) их синтетическая реализация и 3) тестирование па биологическую активность.

Полусинтстическое получение таксола

В настоящее время известно шесть вариантов полного синтеза соединения (I), имеющего сложную полициклическую систему и большое количество асимметрических атомов углерода. В синтезах Холтона [12-16], Вспдера [15,17-25] и Мукаияма [26-48] использован «линейный» подход, предполагающий последовательное формирование таксольного скелета. Три других синтеза (Николао [49-65], Дан и і невского [65-68] и Куваджима [69-79]) основаны на конвергентной стратегии, предполагающей предварительное получение основных молекулярных фрагментов и их последующую сшивку. Параллельно с разработкой схем полного синтеза проводились исследования по получению отдельных фрагментов молекулы таксола и его аналогов [80-88]. Однако, несмотря на эти и другие разработки, направленные на уменьшение количества стадии и использование доступных реагентов, выполнение каждой из полных схем синтеза таксола требует огромных затрат времени при конечном выходе продукта 1-5%. Для коммерческих целей таксол получают полусинтетическим путем из природного 10-дезацстилбаккатина Ш (2), к которому па одной из стадий присоединяют боковую цепь - остаток (2R,3S)-N-6cii30iwфенилизосернна [89]. Аналогичным образом синтезируют и большинство аналогов таксола с модифицированной боковой цепью (см. ниже). Разработка эффективных катализаторов и реагентов [108-112j, использование специальных носителей [ИЗ] и ферментативных систем [114,115] позволили проводить ряд ключевых стадий в синтезе боковой цепи с высоким химическим и эпаптиомерпым выходами [116,117]. Присоединение боковой цепи к гидроксилыюй группе мри C/s it соединении (2) осуществляют с помощью реакции этерификации. Так как из-за стеричсскн затрудненного подхода к этой группе этерификация обычным образом защищенным (2R,3S)-N-беизоилфсиилизосершюм и его аналогами протекает с небольшим выходом [1KSJ, часто используются циклические защищенные формы: р-лактамы (3) [71,119] (этот способ применяют в коммерческом синтезе таксола), оксазолидины (4) [120,121], оксазолины (5) [122] и другие [11,117]. Эффективные методики получения соответствующих соединении разработаны в последние годы [11,94,123].

В заключение этого раздела отметим, что разработка схем получения (2RJS)-фепнлизосерина и его присоединения к таксаиовому скелету, сьирала важную роль в создании методов синтеза широкого круга аналоге» таксола. 1.3. Биологически активные конфирмации таксола. Противоопухолевое действие таксола, как указывалось выше, обусловлено его связыванием с тубулином. Хотя таксол взаимодействует также с белком Ilcl-2 и вызывает гинерфосфорилировапие последнего [124,125], недавно было показано, что лот процесс, по-видимому, является результатом образования комплекса таксола с тубулином [126]. Область (сайт) связывания молекулы таксола с тубулином - сф-димерпым белком -находится на (3-субъед плице. В общих чертах пространственное строение указанного сайта, представляющего собой глубокий гидрофобный карман вблизи поверхности белка. было определено кристаллографическими методами [127,128] и с помощью фотоаффинных меток [129,130]. Тем не менее, до настоящего момента не существует единой точки зрения относительно коиформаиии, которую принимает таксой в биоактивной форме. Очевидно, что из-за наличия нескольких свободно вращающихся связей в четырех подвижных цепях, присоединенных к жесткому таксаиовому скелету, возможно множество различных конформационных состояний. Попытки выявления из них биоактивных конформеров были сделаны с помощью кристаллографических и ЯМР исследований. Первая предложенная биоактивная копформация таксола и некоторых его аналогов получила название «неполярной формы» , так как наблюдалась в ЯМС экспериментах с соединением (1) в неполярных растворителях. Эта копформация характеризуется наличием водородных связей между эфирным карбонилом при С , гидроксилом при С3 и NH группой боковой цепи, а также гидрофобными взаимодействиями бензоила при С и бензамидиой группы при С5 (рис.іа). При этом і -фенильпая группа удалена от таксанового ядра [131-135], В более поздних исследованиях, однако, было показано, что в полярных растворителях копформация молекулы таксола изменяется. Основными характеристиками этой конформации, получившей название «полярная форма» или «гидрофобный коллапс», являются гидрофобные взаимодействия бензоила при С", фенила при С и ацетила при С . причем заместитель у амидной группы (Ph для таксола) не участвует в этом взаимодействии (рис. 16) [132,136-138]. Через несколько лет после выявления указанной Отметим, что а некоторых работах эта конформапия называется «открытой» формнії, чіо неудачно, с пашеи точки зрения. конформации появилось первое кристаллографическое исследование димсра «fl-тубулнпа (выполненное с небольшим разрешением) [127,137], что позволило создать его пространственную модель, координаты которой находятся в настоящее время is банке данных белковых кристаллических структур (PDB).

Ряд работ но результатам докинга таксола в указанную модель и другим исследованиям [129,138,139] спидетельствуют в пользу того, что таксол связывается с биомишеныо именно в конформации гидрофобного коллапса. Тем не менее, в работах последних лет высказываются пред положения о существовании других возможных биоактивных конформероп таксола. Так, в работе [МО] с помощью метода NAMF1S (NMR analysis of molecular flexibility in solution), были выявлены восемь оптимизированных конформеров, и том числе «открытые формы» (например, на рис. 1в), в которых гидрофобные взаимодействия бепзопла при С" с каким-либо из фенилов боковой цепи отсутствовали. Было сделано интересное предположение, что заместители вытянутой таксолыюй цепи в этих конформациях взаимодействуют с аминокислотными остатками тубулипа, а не друг с другом. В 1999 г. был проведен докинг тубулипа в карту электронной плотности фрагмента микротрубочки, что позволило уточнить пространственное строение этого белка [130,138]. Результаты докинга ряда наиболее вероятных биоактивных конформеров таксола в экспериментальную карту электронной плотности уточненной модели тубулипа показали, что у большинства исследованных конформеров, в том числе у полярной, неполярной и некоторых «открытых» форм, бензольные кольца боковой цепи оказались в области, практически лишенной электронной плотности [137]. Оптимальным же конформер, по результатам этого исследования, характеризовался практически равной удаленностью бензольного кольца беизоила при С" от обоих бензольных колец заместителей при С (рис. 1г) [137]. Докинг указанного копформера, названного «Т-формой» или «бабочкой» в уточненную модель тубулипа показывает, что и этом случае имидазолыюс кольцо одного из остатков гистидина (tlis229) встраивается между фенилами при С3 и С2 таксола, предотвращая гидрофобный коллапс. Рассматриваемая модель комплекса «тубулин-таксол в Т-конформации» хорошо согласуется с данными исследований р-тубулина с помощью аффинных меток, но с ее помощью удается объяснить не вес случаи мутаций в структуре этого белка в устойчивых к таксол у опухолях [137]. Докинг представляет собой исследование с помощью метода молекулярного моделирования, которое имеет целью нахождение оптимального соответствия между лшандом и связывающим сю пен гром (сайтом). Однозначное установление биоактивных конформациіі все еще остается чрезвычайно важной задачей в создании аналогов таксола. Хотя некоторые из вышеуказанных моделей хорошо согласуются с данными исследований структура-активность, ни одна модель не объясняет всех полученных закономерностей (см. ниже). 1.4. Взаимосвязь структуры и активности для аналогов таксола. При рассмотрении зависимости структура-активность в качестве меры последней нами принята способность аналога таксола промотиропать полимеризацию тубулипа и образование микрогрубочск , так как именно эта неличина обусловлена связыванием с тубулином, и эффективность этого связывания может быть предсказана па основе компьютерного моделирования.

Модификации в боковой цепи и одновременные модификации » таксаповом ядре и боковой цепи

Многочисленные исследования соотношений структура-активность для аналогов таксола свидетельствуют о значительном влиянии боковой цени при С как ма способность вызывать неконтролируемую полимеризацию тубулпна, так и на ЦИТОТОКСИЧЕЮСТЬ. Сам по себе баккатші (2) без заместителя при С13 неактивен и практически нецитотоксичен [141,] 57]. Перенос цепи в положение при С 4 [соединение (43)] [224], а также ее гомологизация [230] или замена па остатки коричной или кротоновои кислот существенно уменьшает или сводит на нет активность полученных аналогов [176]. Весьма важным фактором для связывания с белком является конфигурация боковой цепи. (2 S, З Я), (27Ї, УН), (2 S, 3 Л)-Изомсры таксола и таксотера соответственно и 1.3 - 4.5 раза и в 3.6-60 раз менее активны, чем исходные молекулы. Аналогичные закономерности наблюдаются и для некоторых их производных [141,131]. Замена сложноэфирной связи в боковой цепи па амидную приводит к получению практически неактивных и нецитотоксичных аналогов (44, R= II; Лс; -ССЬМе) 163]. II если для соединения с гидроксилыюй группой при С1 этого следовало ожидать, то для других аналогов этот результат необычен (производное таксола с метил карбонатом при С4 очень активно, см, выше), и, по-видимому, объясняется изменением коиформацни боковой цепи при замене эфирной группировки иа амиднуюКаждый из заместителей при С , С и С N вносит важный вклад и активное гь. 1Ї работе [141] была показана аддитивность этих вкладов для серии аналогов с последовательно удаленными заместителями. Гак, по сравнению с таксотером способность к ингибированию деполимеризации микротрубочек у 2 -дсгидрокси- и З -де-w/x w-бутоксиаминотаксотера уменьшается соответственно в 4.1 и 4.5 раза, а у 2 - дегидрокси-З -де-туэе/и-бутоксиаминотаксотера - в 17 раз. Активность аналога, не содержащего заместителей при С и С уменьшается в41 раз [141]. Как следует из результата для 2,-дегидрокситаксотера, наличие группы 011 при С" важно для обеспечения высокой активности соединения. В ранних исследованиях взаимосвязи структуры и активности для аналогов таксола [131,231] было показано, что тубулип-полимеризующая способность 2 -ацстоксипроизводных таксола и таксотсра (45, R= Ас) более чем на порядок меньше таковой для исходных молекул. Объяснение этого факта объемом ацетильной группировки [232] не слишком удачно, так как активность Т-дезокси-аналогов тоже уменьшается (см. выше).

Так же неудачной оказалась идея об «организующей роли» группы ОН при придании боковой цепи нужной конформации для образования водородной связи между карбопилом при С и гидроксилом при С , которая нарушается при апеллировании последнего [141]. ЯМР исследования 2"-0-ацегилироизводиого таксотсра (45, R= Ас) в полярных и неполярних растворителях показали, что в растворах его боковая цель имеет такую же ко 11 формацию, как и в таксоле [233]. В настоящее время с помощью меченного флуоресцентной группой аналога 2 -ОАс-таксола (содержащего флуорофор при С7) показано, что группа 2 -011 образует водородную связь с амидным карбопилом остатка Arg369 [137,177). Уменьшение активности у 2 -дезокси К настоящему моменту в литературе не описано аналогов с модифицированным заместителем при С , равных по тубулин-полимеризующей способности таксолу и таксотсру. Гак, активность С"-дегидроксилированпых производных (46, R= Ph, R-R"= II и R= Me, R- H, R"= Ac) уменьшается в 20-100 раз, а у соединений (46, R= Ph, RHl COaClfeCCb; R = C02CHiCCl3, R"= Ac) исчезает совсем [17G]. (2 /f,3\V)-Производные таксола, 10-ацетилтаксола и таксотсра, в которых изменен порядок заместителей при С и С (47, R= Bz или Вое) и аналогичное им соединение (47, R= Ts), а также их (2 / ,3 /0-энантиомсры (48, R= Bz или Вое) в 10-100 раз менее активны, чем таксол [176]. К такому же результату приводит элиминирование группЕ 1 2 -011 с заменой и положении З [структура (49)] [235], а также се "включение" и оксазолоновое кольцо [соединение (50) практически неактивно] [236]. Отмстим, что низкая активность аналогов с модифицированной ОН группой в положении 2 была недавно предсказана на основании корреляции структура-активность С/,?-аналогов таксола, полученной с помощью квантово-механических расчетов [237]. Важное замечание следует сделать относительно цитотоксичиостн 2 -аналогов таксола. Цитотоксичность 2 -дезокси-, 2 -метокси- и 2 -фтортаксола меньше чем у таксола в 70-200 раз [238], Однако, если заместитель при С янлястся группой, легко гидролизующейся клеточными ферментами, то в клетках может происходить постепенное выделение цитотоксичного природного вещества. Поэтому рассмотренный выше аналог (45, R=Ac), будучи неактивным, по цитотоксичиостн равен таксолу. Таким образом, указанное соединение выступает как нролскарство. По всей вероятности, именно гидролизом сложноэфирной связи при С" объясняется весьма высокая цитотоксичность других 2 -эфирных аналогов 10-дезацетил- и 7-дезокси-10-дезацстил-таксола, например, (51, R=R =COPr; COBn; COC6H4N02- ); COCH2C6H4NO2-0; СОС6І ОМс-я). То есті,, ти соединения также являются пролскарствами. Некоторые аналоги 7-дезокси-Ш-дезацетил-таксола [51, R=R,=CO(CH2)4CIIj; R=R,=CO(CH2)6Cn3; R=R =COCII=CHPh], однако, нецитотоксичны, что возможно является следствием затрудненности гидролиза этих соединений [207], Огмстим, что в литературе описано очень много работ по созданию пролекарств путем замещения группы 2 -ОН [157,169,183,207,232,236,239-242]. Из других аналогов с модификациями при С описано производное (52) с дополнительной метилыюй группой в этом положении, которое в 1.5 раза более активно и цитотоксично, чем таксол. Этот результат может быть объяснен снижением степени свободного вращения вокруг связи С -С или дополнительным взаимодействием метилыюй группы с белком [243-245]. Одну из самых многочисленных групп аналогов таксола и таксотера образуют производные по положению CJ. Фснильиые заместители при С3 и C -N-бензоилыюй группы могут быть заменены на замещенные ароматические, гетероциклические и алифатические, что часто приводит к получению активных аналогов [246-248].

Вариации заместителей в бензольном кольце при С показали, что введение групп н-ОМе и «-ОН повышает активность соответственно в 2 и и І.5 раза, а заместители н-Г и и-С1 уменьшают ее в 1.1 и и 2 раза. Введение двух атомов хлора (по одному в пира- и it .vema-іюпожстія) снижает активность в 7 раз [249,250]. Похожие закономерности наблюдались и при аналогичных вариациях в кольце З Ы-бснзоила, Введение хлора, трифтормешла, метила и группы HO2S снижало активность соответственно и 2, в 6, и 1.1 и в 5.5 раз, а введение метокси-заместителя- повышало ее в два раза [ 176,250]. Исследования по замене фен ильного фрагмента при С в таксоле на пиридиновые н фурановыс гстероциклы показали, что, хотя активность этих аналогов сравнима с активностью таксола (в 1.1-2 раза выше), их цитотоксичность зависит от положения гетероатома. Например, цитотоксичность 2-фурильного аналога примерно на порядок больше, чем у 3-фурилыюго, а 2- и 4-пиридильного - в 25-30 раз больше, чем 3-пиридилыюго [235,249]. Отмстим, что аналог 10-ацстилтаксотсра с 2-фуршп.пим заместителем при С в 5 раз более активен и вдвое более цитотоксичеи, чем таксол [235]. Аналогичные замены бензольного кольца при С -амидной группировке таксола привели к уменьшению активности для 2- и 4-пиридильііьіх производных соответственно и 3.5 и 2 раза и небольшому увеличению (в 1.5-2 раза) - для 3-пиридилыюго и фурнльпых аналогов. Максимальная активность и цитотоксичность в этой серии наблюдалась у 3-фурильпого аналога - примерно в 2 раза выше, чем у таксола, в то время как цитотоксичность всех пиридиновых аналогов была существенно ниже таксольноіі [235 [. Наличие ароматических групп при С не является обязательным требован нем для связывания аналога с тубулином." Производные таксотера, содержащие вместо С" -фенила разветвленный алкильпый радикал, например, т/лти-бутил, изобутил или его ненасыщенный аналог изобутенил, в 1.5-3 раза активнее таксола (причем наиболее активным является аналог с w/куя-бутштьной іруппой). Дальнейшее увеличение углеродной цепи заместителя до неопентильного приводит к небольшому снижению активности [129,252,253]. В случае аналогичных вариаций при С N наблюдалась обратная закономерность: замена фенила бензоильной группы па трет-булт, изобутил н изобутенил приводила к небольшому снижению активности (в 1,5-2.6 раза), в то время как аналог с более длинным неопентильным заместителем оказался в 1.5 раза активнее таксола [204,247].

Синтез адамантилового эфира (.З/^З^-М-бсизоилфеншшзоссрипа

Для кислоты 121 была проведена реакция этерификаиии с адамантаполом (схема 9). Мы показали, что оптимальными условиями проведения этой реакции, позволяющими получить эфир 124 с 82% выходом, является выдерживание в течение 12 ч смеси кислоты 121 и адамантакола в хлористом метилене при комнатной температуре в атмосфере аргона в присутствии ДЦК и ДМЛП. Строение полученного соединения доказано с помощью данных элементного анализа (см. табл. 3) и данных спектрального анализа. В ГІМР спектре соединения 124 (см. табл. 4) помимо характерных сигналов каркасных и ароматических протонов, присутствует также сип глет и области 1.06 м. д., соответствующий протонам трет-Сутильного заместителя. Снятие циклической защиты осуществляли взаимодействием соединения 124 с муравьиной кислотой (одновременно происходило и снятие защиты с Nll-грунмы) с последующим бензоилированием по атому азота (схема 86). В результате был получен адамантиловый эфир (2Д,І5)-М-бензоилфснилизосерина 125 с 42% выходом. В отличие от спектра ПМР эфира 124 в спектре полученного соединения 125 отсутствует сигнал протонов трет-бутилыюго фрагмента, однако, появляются сигналы, соответствующие протонам ОН и NH-групп, а интенсивность пиков ароматических прогонов увеличивается за счет появления бензоильного заместителя (табл. 4; рис. 11). Данные !МР3С и элементного анализа (табл. 3,4; рис. 12) также подтверждают строение соединения 125. Синтезированный по разработанной методике образец адамаш илового эфира N-бснзоилфенилизосерина (125) был передан на испытание биологической активности. 2.2.3.3. Синтез 1 ((2R, 3S)-N-6en шпфеіпі,шюсі ри:юкси)-4- йагши:юксиада.\шнтана. На следующем этапе настоящего исследования был проведен синтез 1-((2К,3$)-№-бепз(шіфеии.тзасеріі іокси)-4-беі!зои.їоксшідиліаитаііц (129). Несмотря па то, что согласно данным компьютерного моделирования наиболее предпочтительным для связывания с белком является г/иоизомер (рис. 6), тем не менее докипг думне-изомера показывает, что его бензоилокси-грумпа может располагаться и кармане, образуемом остатками Thr276, Leu275, Leu37I и др. Хотя по своим характеристикам этот карман является весьма гидрофильным, нам представлялось интересным получить оба изомера конечного соединения, что было сделано аналогично первому варианту синтеза модельного соединения 115 (схема 7). Целевое соединение получали в несколько стадий по схеме 10. В качестве исходных соединений были использованы кемантан (112), а также кислота 121. Первую стадию - реакцию этерификации - проводили в хлористом метилене при комнатной температуре в присутствии ДЦК и ДМАІІ в качестве катализатора.

Продукт реакции - эфир 126 - был получен с 99% выходом, а его строение было подтверждено результатами элементного анализа и данными ЯМР Н (см. табл. 5) и пС Гак. в спектре С полученного эфира присутствуют сигналы атомов углерода аминокислотного и каркасного фрагментов: 28.00 - 46.93 (8С, скелета. + С(СН3)г + С(С1Ь).0; 64.1С (1С. CHNH); 79.59 (1С, СІ02С-скелетн.); 81.19 (1С, СНОС); 126.24- 128.41 (ароматич.); 154.75; 174.58; 214.86 (карбоиильн.)- Кстогруппу полученного эфира 126 восстанавливали в мягких услоннях (боргндридом натрия в смеси метанола и диэтилового эфира (1:6)). В ПМР-спсктре полученного спирта 127 появляются два триплета в области 3.74 и 3.92 м. д. (табл. 5). принадлежащих каркасному протону при гидроксилыюй группе цис- и гране- изомеров, (здесь и далее предписание сигналов изомерных 1,4-дизамсщспных адамаптанок производили по аналогии с эфиром 115 и его предшественниками) Попытка бензоилирования смеси изомерных спиртов 127 стандартным методом [298] при взаимодействии с хлористым бешошюм в пиридине не увенчал асі. успехом. Однако, проведение этой реакции с триэтиламином в присутствии ДМ АН в качесше катализатора (303] позволило получить два изомерных бензоилоксипроизнодных с 74% выходом. Структура синтезированного производного 4-бензоилоксиадамаптана (12S) была подтверждена данными ЯМР Н (табл. 5). Заключительной стадией синтеза явилось снятие циклической защити и соединении 128 муравьиной кислотой с последующим беизоилированием по атому азота но разработанной нами методике (см. выше). Целевой продукт І-(Н-бензоилфснилшосеришіл)-4-бепзоилоксиадамантаи (129, соотношение изомеров цис и транс 1:2 установлено на основании интенсивности сигналов протонов при 5.07 и 5.19 м.д. соответствующих изомеров в спектре ПМР) был получен с 83% выходом (суммарный выход из 112, 60%). а его строение доказано с помощью данных элементного анализа и ЯМР Н и С APT (табл. 5). Соединение 129 было передано на испытание биологической активности. В работе были синтезированы четыре бнцикло[З.З.І]иоііаііовмх производных, соответствующих обобщенной Модели 1: 7-(Ы-бснзоилфенилизоссрилокси)-3-карбокси-метил-бицикло[3.3.1]попап, 7-(Ы-бензоилфеиилизосерилокси)-1-гидрокси-бицикло[3.3.11-нонан, 7- -бспзоилфенилизосерилокси)-1-гидрокси-3-карбоксиметил-бицикло[3.3.1 но- паи, 7-(Ы-бензоилфспилизосерилокси)-2-бе1поилоксибицикдо[3.3.1]понап\ а также предпринята попытка синтсза7-(К-бензоилфснилизосерилокси)-2-бензилоксн-3-карбаксп-метилбнцикло[3.3.1]нонана. Последние два соединения, согласно данным компьютерного моделирования, являются наиболее интересными, так как наличие в их структуре О бензоильной группировки в положении 2 может обеспечить важное взаимодействие с остатком His229 в [ї-тубулине (Рис. 5) [304].

Известно, что замещенные бициюю[3.3.1]нонаны могут быть получен и различными методами, основными из которых являются: 1) конденсация моноциклических соединений [305]; 2) изомеризация скелета полнциклических соединений [306,307]; 3) раскрытие адамантаповых производных [305,308], it том числе расщепление оксагимоадамантамоиов. Третий способ является удобным в синтетическом плане, так как он заключает в себе меньшее количество стадий синтеза, не требует аппаратурной сложности и сразу приводит к получению бициоо[3.3.1]попапош,гх спиртов, дальнейшая этерификация гидроксилыюй группы которых аминокислотой позволяет присоединить к ним боковую цепь молекулы таксола. "Классический" путь синтеза оксагомоадамантанонов - окисление соответствующих кстонон различными агентами по реакции Байера-Виллигсра. В литературе описано окисление адамантаноиа, кемантана, диадамантапона и 5-фепиладамаптап-2-она с использованием в качестве окисляющих агентов различных падкислот и их производных (реакцию обычно проводят в присутствии 30% перекиси водорода в различных кислотах или их смесях) [см. например, 309-311]. При этом выходы соответствующих лактопов очень высоки и составляют обычно 90-99% [308,312]. Описано окисление адамантаноиа и кемантана до соответствующих лактопов с помощью молекулярного кислорода в присутствии катализаторов [313-315], а также с помощью оксида хрома (СгОд) [316] и церий аммоний нитрата [317]. В последних двух случаях, однако, выход лшегопа несколько меньше, чем при окислении надкислотами. Известными методами расщепления оксагомоадамантанового цикла но сложно-эфирной группе с образованием дизамещеппых бицик;ю[3.3.1]нопановых производных является реакция с алюмогидридом лития - в этом случае получается у/к)«-7-підрокси-э//()о-3-гидроксиметилбицикло[3.3.]]нопап (выход 96%) [318] — или реакция с гндрокен-дами натрия или калия, идущая с образованием одного структурного изомера ош)о-1-гидрокси-дкз»-3-бицикло[3.3.1]нонаикарбо]іовой кислоты (выход 30-86%) [308.319. В настоящей работе мы обстоятельно изучили возможность синтеза не только днзамещенных, но и тризамещениых бицикло[3.3.1]нонановых производных с помощью указанной реакции. жтоксикарботиі-бицикло[3.3.1]иоиапа. Синтез бицикло[3,3.1]иопапового производного 134 был осуществлен согласно пятистадийпой схеме превращений (схема 11). Па мерной стадии адамантанона вводили в реакцию окисления по Байеру-Виллигеру, дли проведения которой было опробовано несколько различных окислительных систем.

Роль аддмантанового фрагмента в обеспечении тубулин-агрегирующеи активности

На первом этапе мы проверили необходимость наличия адамаптапоиого каркаса и структуре 125, заменив его на моно- и полициклический фрагменты. Нами были синтезированы эфирм N-бензоилфснилизоссрина с циклогексаповым, циклогексеновым (моделирующим кольцо Л в молекуле таксола) и яг/кшс-декалиновым спиртами. Циклогсксильный эфир N-бснзоилфенилизосериііа 175 был получен взаимодействием кислоты 121с двукратным избытком циклогсксанола по разработанной нами методике. Ранее неописанные вещества - циклический эфир 174 и конечный продукт 175, полученные в виде индивидуальных энантиомеров, выделены методом колоночной хроматографии и охарактеризованы с помощью данных ЯМР 1Н, 13С, ИК-сиектросконнп и элементного анализа. Общий выход соединения 175 по двум стадиям состаиил 83%. епа. Исходный спирт для синтеза соединения 179 получен в дне стадии. Сначала конденсацией метилвинилкстона и изобутираиьдегнда был синтезирован циклогексеиоп 176, избирательное восстановление ксто-группы которого позволило получить соединение Конечный продукт 179 был получен в виде смеси двух днастсреомеров и соотношении 1:1, для которых в спектре ЯМР Н наблюдаются сигналы при 4.ХЗ и 5.18 м. д., соответствующие циклогексеновым протонам сложиоэфирной группы для различных изомеров. Общий выход соединения но результатам четырех стадий составил 18%, что связано с малым выходом кетоиа 176 вследствие образования большого количества побочных продуктов. 2.4.1.3. Синтез 1-((2R, 38)-№беизоіафешііизосершокси)-трішс-деіаі:иша. С мес ь изомеров w/j«;/e-l-декад она была введена в реакцию с защищенной аминокислотой 121 в стандартных условиях (схема 21). Промежуточный продукт 180 выделяли хроматографически на колонке с силикагелем, однако разделить диастереонзомеры не удалось. После снятия К,0-цикличсской защиты и последующего беї поили ровапня конечный продукт 181 был выделен в виде смеси двух пар днаетереомерон но положениям /, 4а, 8а декалинового кольца (в спектре ЯМ? II наблюдались широкие мультиплеты сигналов изомерных протонов). Соединения 175, 179, 181, были переданы на испытания биологической активности, которое показало, что они являются неактивными как промоторы образования тубулиношлх протофиламептов (олигомеризации тубулина). Этот факт показал необходимость наличия каркасного фрагмента для проявления активности соединением 2.4.1.4. Синтез 3-((2К13$)-М-бсн2ои;іфетиизосеріиоксіі)-біщкк:іо{3.3.! J пашиш. С целью изучения роли адамаптаиового каркаса в олигомеризацин тубулипа мами бил синтезирован аналог соединения 125 с бицикло[З.З.І]іюпановьім фрагментом.

Так как описанные в литературе способы синтеза бицикло[3.3.1]нон-3-ола многостадийны и непригодны для препарати иного получения этого соединения [332], мы попытались разработать другой метод, основанный па реакции декарбоксилирования производного бицикло[3.3.1]нонанкарбоповой кислоты 182 {схема 22а). Однако и услоииях реакции Бартопа вместо ожидаемого продукта декарбоксилирования, был выделен устойчивый сульфид 184, который не удалось перевести в соединение 183 ни восстал оплели ем избытком гидрида трибутилстанната, пи действием "никелевой черни". Поэтому для синтеза би циклического спирта 189 использовали известный [332], по более трудоемкий метод (схема 226), основанный на восстановлении но Хуапу-М пилону дикетопа 186, полученного из продукта раскрытия оксагомоадамаптанопа - диола 185. Соединение 186 было переведено в его монокеталь 187, а затем обработано гидразингидратом в щелочном растворе диэтиленгликоля. В результате восстановления выделенного бицикло[3.3.1]понан-3-она (188) получили смесь эпдо- и экзо- изомеров бицикло[3.3.1 ]нонан-3-ола (189) в соотношении :1. Этерификация соединения 189 защищенной аминокислотой 121 и последующая обработка полученного эфира 190 по разработанной нами методике привели к конечному соединению 191, которое было передано на испытание биологической активности. 2.4,2. Изучение влияния небольших заместителей в адамантановом каркасе на тубулин-агрегируюіцую активность. На следующем этапе мы изучили влияние- на активность небольших заместителей в положении 4 адамаптанового скелета соединения 125. Мы синтезировали 4-оксо-, 4-мстил- и 4-диметил- адамантаиовые производные, получив, таким образом, серию соединений с различными по своим липофильпым характеристикам заместителями. 1-(М-Бепзоилфснилизоссринилокси)-4-оксоадамантан получен из циклически защищенного эфира 126, синтезированного по схеме 10. Обработка соединения 126 муравьиной кислотой и последующее N-бензоилирование привели к эфиру 192 (схема 23). содержащему в положении 4 адамаптанового фрагмента кетогруппу, которой соответствует сигнал 214.98 в ЯМР С спектре. В спектре ЯМР II присутствует мультиплет узловых протонов (2.57 м.д.), соседних с кето-группой адамаптанового ядра. Соединение 192 было передано па испытания биологической активности. основано на использовании одинаковых исходных соединений. В обоих случаях для синтеза модельных спиртов в качестве исходного вещества использовали адамантапоп. Из пего по стандартной методике с метилмапшййодндом ц абсолютном эфире был получен 2-метил-2-гидроксиадамантан (193). Выход реакции после нерекристаллизации продукта составил 99%. Далее для синтеза 4-метиладамаптап-1-ола (194) проводили перегруппировку соединения 193 в среде трифторуксусной кислоты но известной методике [333].

Выделенный продукт в виде смеси г(ыс- и /л/мне-изомеров был использован для проведения реакции этерификации с защищенной аминокислотой. Из полученного в результате эфира 195 после стадий гидролиза и N-бспзоилировапия был выделен конечный продукт 196 с выходом 86%. В спектре ЯМР їІ соединения 196 наблюдается характерный сигнал протонов мстильной группы при 1.02 мл. її спектре ЯМР С соединения различимы сигналы обоих эпимеров, например: 18.62 (17.71) (СПз): 30.81 (30.56), 34.79 (34.82), 37.50 (37.55) (скелет.); S4.00 (84.39) (С5). Выход конечною вещества 196 по результатам четырех стадий составил 65%. В литературе был найден единственный многостадийный и трудоемкий способ получения 4,4-диметиладамаитап-1-ола [334], предполагающий использование борорганических реагентов. В настоящей работе нами был предложен оригинальный и простой метод синтеза димстиладамантапового производного. Па первом этане мы разработали методику получения 2,2-димстиладамантаиа 197 из 2-мсшл-2- гидроксиадамаитана 193. В качестве метилирующего агента использовали (ТІМс2)СЬ, получаемый in яіш из ТіСЦ и ZnMe2 [335]. Использование продажного раствора ZnMc; н толуоле в этой реакции дает очень низкий выход димстиладамантапа, вел едет иис преобладания продуктов побочной реакции электрофильного замещения в молекуле толуола. Поэтому на основе известных методик [336,337] нами был разработан лабораторный способ синтеза 2пМс2 в хлористом метилене. Выход реакции метилирования составил 64% . Получение соединения 198 проводили окислением 197, причем мы варьировали различные окислительные реагенты. При использовании бихромата калия в кислой среде в присутствии катализатора межфазного переноса было выделено только исходное вещество [33S]. При окислении 98% серной кислотой при 77"С получили смесь продуктов, из которой хроматографически удалось выделить 4,4-диметиладамаптап-І-ол (19S) с малым выходом (12%) [339]. Наиболее удовлетворительный результат был получен с м-хлоронадбензойной кислотой [340] кипячением в растворе 1,2-дихлорэтапа. При этом с выходом 49% был выделен продукт, в спектре ЯМР Н которого наблюдались сигналы метильных протонов при 0.87 и 0.88 м.д. (в этом спектре сигнал протона при атоме углерода, связанном с гидрокси-группой, отсутствует, что свидетельствует о получении н данной реакции третичного спирта). Доказательтвом получения 4,4-димєтиладамантаіі-І-ола, а не другого изомера - 2,2-д и мети л адаманта і юл а, является наличие только одного сигнала в наиболее слабом поле при 2.13 м.д. соответствующего каркасному С7-протону.

Похожие диссертации на Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации Z-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типа

Синтез гетероциклических соединений на основе Z-(азол-1-ил)алкановых кислот и их производныхЧурилов Игорь Сергеевич

Синтез эфиров на основе Z-пинена и камфенаШкапова Юлия Александровна

Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстринаСипин Сергей Валерьевич

Синтез 2-(хинолин-2-ил)-Z-трополонов и новых гетероциклических систем на основе реакций Z-хинонов с метиленактивными гетероцикламиСаяпин Юрий Анатольевич

Синтетический дизайн Z-аминофосфонатов на основе нового каталитического процессаПрисяжной Максим Викторович

Синтез низкомолекулярных биорегуляторов и их предшественников на основе (E)- и (Z)-изомеров 1,3-дихлорпропенаСунагатуллина, Алиса Шамилевна

Озонолиз хлорофилла как основа синтеза оптически чистых изопреноидов для построения боковой цепи природного Z-токоферола (витамина E)Маллябаева Марина Ивановна

Новые гетероциклические структуры на основе папаверинаКриворотов Денис Викторович

Синтез и свойства новых гибридных структур на основе азот- и фосфорсодержащих пространственно затрудненных феноловОлудина Юлия Николаевна

Виртуальный скрининг библиотек органических структур на основе одноклассовой классификацииКарпов, Павел Владимирович