Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1 Тотальный синтез камптотецина 7
1.2 Методы синтеза структурных аналогов камптотецина 14
1.3 Синтез маппицина и маппицинкетона 30
Глава 2. Обсуждение результатов 41
2.1 Синтезы на основе n-фталил-р-фенил-р-аланина 44
2.1.1 Синтез кетостабилизиров анного илида серы из n-фталил-р-фенил-р-аланина
2.1.2 Изучение свойств илида, полученного из n-фталил-р-фенил-р-аланина
2.1.3 Синтез производного азепино[2,1-а]изоиндол-лиона на основе n-фтажл-р-фенил-р-аланина 48
2.2 Получение аналогов камптотецина 52
2.2.1 Синтез пирролизидиндионов на основе пиридин- 2,3- дикарбоновой кислоты и а-аминокислот 53
2.2.2 Синтез структурного аналога камптотецина на основе хинолин-2,3-дикарбоновой кислоты и антраниловои кислоты 57
2.3 Масс-спектрометрическое исследование илидов и продуктов их термолиза 61
Глава 3. Экспериментальная часть 72
Экспериментальная часть к разделу 2.1.1 72
Экспериментальная часть к разделу 2.1.2 75
Экспериментальная часть к разделу 2.1.3 78
Экспериментальная часть к разделу 2.2.1 82
Экспериментальная часть к разделу 2.2.2 95
Выводы 99
Список литературы 100
- Методы синтеза структурных аналогов камптотецина
- Синтез производного азепино[2,1-а]изоиндол-лиона на основе n-фтажл-р-фенил-р-аланина
- Синтез структурного аналога камптотецина на основе хинолин-2,3-дикарбоновой кислоты и антраниловои кислоты
- Масс-спектрометрическое исследование илидов и продуктов их термолиза
Введение к работе
Камптотецин является алкалоидом пирроло[3,4-Ь]хинолинового ряда и впервые был выделен в 1966 г. Wall М. Е. и Wani М. с сотр. из дерева Camptotheca acuminata [1], но только двадцать лет спустя была обнаружена его способность уничтожать раковые клетки за счет ингибирования топоизомеразы I ДНК. В настоящее время, аналоги камптотецина первого поколения Гицамтин (топотекан) и Камптозар (иринотекан или камптотецин-11), используются для лечения рака яичников и толстой кишки. Кроме того, области применения производных камптотецина, его предшественников и аналогов, а также полигетероциклических соединений, полученных на их основе, постоянно расширяются.
Одной из важнейших фундаментальных задач современного этапа развития органической химии является углубленное исследование основных типов органических реакций с целью расширения границ их применения и создания новых подходов к получению практически важных органических соединений, в том числе потенциально биологически активных. В течение ряда лет коллектив лаборатории тонокого органического синтеза ИОХ УНЦ РАН занимается развитием и изучением реакций стабилизированных илидов серы. Илиды серы являются ценными синтетическими интермедиатами. Особого внимания заслуживают реакции илидов, позволяющие синтезировать гетероциклические соединения, многие из которых перспективны в качестве лекарственных препаратов. Одной из таких реакций является обнаруженная ранее сотрудниками лаборатории ТОС УНЦ РАН
внутримолекулярная циклизация кетостабилизированных фталимидсодержащих сульфониевых илидов. Оказалось, что при кипячении вышеназванных илидов в толуоле с эквимольным количеством бензойной кислоты с высоким выходом и селективностью образуются полициклические соединения с пирролизидин- и индолизидиндионовой структурами. В этой связи синтез новых реакционноспособных илидов серы и исследование возможности их использования для получения аналогов камптотецина является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института органической химии Уфимского научного центра РАН по теме: «Химические трансформации и синтез аналогов биологически активных терпеноидов» Р. №0120.0500681 при финансовой поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Направленный синтез органических веществ с заданными свойствами, создание функциональных материалов на их основе», программы фундаментальных исследований Президиума РАН №9 (контракт № 1002-251/ОХНМ-08/131-118/180603-730), грантов Президента РФ для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ РФ НШ -139.2003.3 и НШ - 4434.2006.3, грантов Роснауки - госконтракты № 41.002.1.1.1401, №02.438.11.7003.
В процессе выполнения диссертационной работы осуществлен синтез илида на основе фталилзамещенного р-фенил-Р-аланина с целью дальнейшего изучения влияния заместителя в различных положениях к карбанионному центру илида.
6 Показано что введение заместителя в у-положение способствует протеканию
внутримолекулярной циклизации при комнатной температуре.
Осуществлен синтез кетостабилизированных илидов серы из ангидрида
пиридин-2,3-дикарбоновой кислоты и а-аминокислот (аланина, валина, лейцина,
фенилаланина, изолейцина). Показано, что данные илиды вступают
региоселективно в реакцию внутримолекулярной циклизации путем взаимодействия
карбаниона с более электронодефицитным карбимидным атомом углерода с
образованием пирролизидиндионовых структур. Проведены их масс-
спектрометрические исследования методом МОИ РЗЭ.
Впервые осуществлен синтез нового кетостабилизированного илида серы, производного антраниловой кислоты и ангидрида хинолин-2,3-дикарбоновой кислоты. На его основе предложен новый путь синтеза структурного аналога алкалоида камптотецина.
Соискатель выражает глубокую признательность кандидату химических наук С.Н. Лакееву за помощь в постановке и формировании стратегии исследований, участие в обсуждении результатов, а также доктору химических наук В.К. Мавродиеву за постоянное внимание и неоценимые консультации по идентификации и расшифровке масс-спектров.
Методы синтеза структурных аналогов камптотецина
Конденсацию ключевых интермедиатов 6 и 7 проводили по методу Мицунобу [15] в присутствии диэтилазидокарбоксилата (DEAD)H PPI13. Внутримолекулярную циклизацию тетрациклического бромпроизводного 9 с образованием кольца С можно проводить по известной реакции Хека (Pd(OAc)2, КО Ас, ВщК Вг , CH3CN) [16], однако авторы в данной работе использовали новый оригинальный подход - свобод-норадикальную циклизацию в присутствии трибутилоловогидрида Bu3SnH и AIBN (2,2"-азодиизобутиронитрил) в толуоле. Выходы (S)-CPT в том и другом случае примерно одинаковые - 58 и 56% соответственно (схема 7).
Рацемический (±)-CPT можно получить по этой же схеме, используя рацемический спирт 6 [17]. Метод синтеза бициклического спирта (±)-6 из 2-метоксипиридина на несколько стадий короче, чем синтез оптически чистого изо мера из 2-хлор-6-гидроксипиридина 8 (схема 8).
Еще один метод синтеза 20-(S)-CPT с использованием конвергентной схемы 5, предложенной Comins, был разработан Fang F. и сотр. в работе [18]. Новой является схема получения оптически чистого спирта 10 из 2-метоксипиридина, основанная на тандеме реакций внутримолекулярной циклизации Хека, изомеризации олефина и асимметрического дигидроксилирования по Шарплессу (схема 9). Реагенты и условия: a) t-BuLi; b) (Me)2NCH2CH2N(CHO)Me; с) n-BuLi, -23 С; d) I2; e) HOCH2CH=CHMe, Et3SiH, ТФУК; f) Pd(OAc)2, K2C03, n-Bu4N+Cl , ДМФА; g) (PPh3)3RhCI, n-PrOH f) (DHQD)2-Pyr, K3Fe(CN)6, K2Os02(OH)4 или K2C03, MeS02NH2, 1:1 t-BuOH : H20; h) I2, CaC03, перекристаллизация в 1 н HC1
Основной в этой схеме является реакция асимметрического дигидроксилирования енолового эфира 12, полученного внутримолекулярной циклизацией Хека (нагревание в ДМФА (90С) в присутствии Pd(OAc)2 (cat), К2СО3 и тетра-бутиламмонийхлорида) кротилового эфира. Необходимо отметить, что при этом образуются два изомерных эфира И и 12 в соотношении 8:1. Изомеризацию аллилово-го эфира Ив еноловый 12 проводили кипячением в РгОН в присутствии катализатора Уилкинсона.Асимметрическое дигидроксилирование эфира 12 по Шарплессу [19] (метансульфоамид, -ВиОН, вода, 0С) дало ЦИСДИОЛ, который окисляли йодом и СаСОз до спирта 10 с оптической чистотой 26%. Оптически чистый 10 с выходом 74% получили перекристаллизацией в 1н растворе НС1. Синтез 20-(S)-CPT осуществляли по схеме 7.
Новый подход к построению ABCDE системы СРТ реализован в работе Веппа sar с сотр. [20], предложивших короткий синтез 20-дезоксиСРТ. Он основан на кон вергентном построении тетрацикла ABCD с замыканием лактонного кольца Е на по следней стадии (схема 10). Стратегия синтеза заключается в присоединении еноль ного производного изопропил-а-(метилсульфанил)бутирата к трифлату N (хинолинметил)-2-фторпиридина 13, с последующим окислением-гидролизом полу ченного 2-фтор-1,4-дигидропиридина 14 до приридона 15. Радикальная циклизация десульфиризация 15 и последующее образование лактонного кольца хемоселектив ным восстановлением дает 20-дезоксиСРТ. Схема Реагенты и условия: a) AgOTf, CH2CI2, rt, 45 мин; b). СНгСЬ, rt, 1 ч; с), изопропил а-(метилсульфанил)бутират, LDA, ТГФ, -70С, затем -40С до -10С, 1.5 ч; d). DDQ, ТГФ-МеОН (3:1), rt, 12 ч; е). трис(триметилсилил)силан (ТТМСС), AIBN, СбН6, reflux, 4 ч; f) DIBAL-гексан (3 Э), DME, -70С, 30 мин, затем NaBH4, /-PrOH, rt, І ч. Одним из серьезных недостатков, ограничивающим использование камптотеци-на в клинической практике, является его плохая растворимость в воде и значительная токсичность. Получение натриевой соли СРТ сопровождается раскрытием лак-тонного кольца, потерей противоопухолевой активности и увеличением токсичности (схема 11) [21]. В связи с этим были предприняты усилия по получению и исследованию новых водорастворимых производных камптотецина, менее токсичных и более эффективных.
Особого внимания в этом плане заслуживает работа Henegar К. и сотр. [22], предложивших новую удобную конвергентную схему асимметрического синтеза камптотециновой структуры, где ключевым интермедиатом является (8)-4-этил-7,8-дигидро-4-гидрокси-1Я-пирано[3,4-і]индолизин-3,6,10(4//)-трион 16, предшественник колец CDE (схема 12).
Синтез производного азепино[2,1-а]изоиндол-лиона на основе n-фтажл-р-фенил-р-аланина
Присоединение 41a-f и бицикла 37 по Митцунобу в присутствии диэтилазоди-карбоксилата дает аддукт 38a-f, внутримолекулярная циклизация которого по реакции Хека приводит к замещенным hCPT.
Полученные гомокамптотецины проявили высокую цитотоксическую активность в отношении опухолевых клеток, наряду с высокой устойчивостью в плазме крови. Эти свойства позволяют причислить их к новому классу антираковых агентов, который требует дальнейших широких исследований. Наиболее перспективным из полученных соединений был признан дифторированный hCPT, который в настоящее время проходит расширенные клинические испытания.
Так, в работах [46, 47] представлен новый подход к синтезу камптотецина и его производных с использованием различных твердых каталитических подложек. Например, был предложен новый подход к синтезу топотекана (1,9-[(диметиламино)метил]-10-гидрокси-(48)-камптотецина) аминометилированием 10-гидрокси-(48)-камптотецина [46]. Реакцию проводили в CH2CI2, который служил одновременно растворителем и реагентом, взаимодействующим с Me2NH в условиях межфазного катализа с образованием промежуточного аминаля. В качестве каталитической подложки использовали безводный поташ. В работе [47] СРТ перевели в МРК кипячением в ТГФ с NaHSC , нанесенным на силикагель.
Китайскими учеными был синтезирован фталимидный полимер, содержащий СРТ [48]. Фотополимеризацией в присутствии фотоинициатора 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона получены полимеры сложного эфира СРТ и его сополимер с акриловой кислотой с молекулярным весом МР=15000 и МР=18700 соответственно. Показано, что в экспериментах in vitro с раковыми клетками активность полимера и сополимера значительно выше, чем у свободного камптотецина. Получены четыре 20-О-фосфатных и фосфонатных аналога СРТ (R=OH, ОМе, Me, Ph) (рис. 4), которые хорошо растворимы в воде, устойчивы при физиологических значениях рН и стабилизируют ковалентный бинарный комплекс ДНК с человеческой топоизомеразой I. [49]
Разработан первый ассиметрический синтез (2(Ж)-гомокамптотецинов и гомо-силатеканов. Предложен удобный энантиоселективный путь синтеза DE-фрагмента, основанный на использовании реакции Штиле и ассиметрического эпоксидирования Шарплесса для создания ( -конфигурации при С-20. Синтезированы фторированные по кольцу A hCPT [50].
Региоселективный синтез 7-триметилсилил-9-изопропил-СРТ приведен в рабо те [52]. Потенциальный агент для химиотерапии опухоли мозга получен из СРТ и меланотрансферрина (р97) (рис. 5) [53]. Для активации стерически затрудненного гидроксила использовали DMAP в ДМФА, после чего образующийся интермедиат немедленно вводили во взаимодействие с /я/?е/я-бутиловым эфиром 6 аминогексановой кислоты. В работе [54] осуществлен асимметрический синтез (+)-камптотецина и (+)-7 этил-10-метоксикамптотецина из этилового эфира 1-этоксикарбонил-З-оксопирролидин-2-ил-уксусной кислоты, через ассиметрическое гидроксилирование по 20-С с применением хирального реагента Дэвиса.
Новый способ получения ABCD-фрагмента камптотецина из 2-хлор-З-гидроксиметилхинолина описан в работе [55]. Исходное соединение перевели в амин и далее конденсировали с СН2=С(Ме)СООН, получив амид (R=Me3SiCC, R1=CH2=C(Me)CONH). Внутримолекулярная циклизация амида (ZnC , Me3SiCl, PhMe, 180) дала тетрациклический амид, десилилирование которого с последующим окислением привело к конечному продукту (рис. 6).
Наряду с камптотецином и его производными, рассмотренными выше, важное значение в медицине имеет его декарбоксилированный аналог - маппицинкетон (но-таподитин В). Маппицинкетон (МРК) является окисленной формой природного алкалоида маппицина (MP) (рис. 3). МРК и MP впервые были выделены из Mapia foetida [5] и, как было затем установлено, проявили высокую активность в отношении вирусов герпеса HSV-Іи HSV-2 и цитомегаловируса HCMV [31, 32]. Если камптотецин легко получить из природных источников, то МРК и MP можно выделить из растений лишь в очень маленьких количествах, поэтому были разработаны методы синтеза этих соединений как исходя из камптотецина, так и тотальные схемы синтеза.
В работе [33] было показано, что при нагревании СРТ до 110-120С в присутствии азида натрия (ДМФА, 18-краун-6) происходит образование МРК (схема 26). МРК образуется в результате атаки азида в положение С-17 лактонного кольца СРТ с образованием промежуточного соединения 42, которое в результате декарбоксили-рования и отщепления азида дает МРК. Восстановление МРК NaBH4 приводит к MP. МРК с более высоким выходом (более 95%) можно получить при продолжительном перемешивании СРТ в ДМФА при 153С [34]. Замена ДМФА на триглим при 200С сокращает время реакции со 192 до 6-7 часов. Этим способом были получены также замещенные маппицинкетоны - 10-гидрокси-, 10-метокси-, 7-этил-10-гидрокси- и 9-метоксимаппицинкетон (нотаподитин А).
Синтез структурного аналога камптотецина на основе хинолин-2,3-дикарбоновой кислоты и антраниловои кислоты
В предыдущих работах описаны синтез и свойства кетостабилизированных илидов серы, полученных на основе N-фталилзамещенных аминокислот [64, 74-76]. Было исследовано влияние различных заместителей в имидном фрагменте на протекание характерной для таких илидов реакции внутримолекулярной циклизации. Кроме того, было показано, что наличие объемного ароматического заместителя в Р-положении к карбанионному центру илида, полученного из N-фталилантраниловой кислоты, приводит к самопроизвольной циклизации илида с образованием замещенного индолизидиндиона с высоким выходом. Представлялось интересным установить влияние заместителя в у-положении к карбанионному центру илида на его свойства и поведение в условиях внутримолекулярной циклизации и в других реакциях. С этой целью по разработанной ранее схеме был синтезирован илид 1 из N-фталил-Р-фенил-Р-аланина 1 (схема 2).
Защищенная аминокислота 1, полученная прямым сплавлением по Ризе [78] из фталевого ангидрида и Р-фенил-Р-аланина, по реакции Арндта-Эйстерта, превращается в диазокетон 2. Получение диазокетона подтверждается появлением сигнала в ИК-спектре в области v 2110 см"1, а так же характерным сигналом в спектре ЯМР ,3С атома углерода CHN2 группы при 6С 55.51 м.д. При обработке диазокетона водным раствором НВг, образуется бромкетон 3, дальнейшая обработка которого Me2S дает соответствующую сульфониевую соль 4. Получение илидов серы депротонированием сульфониевых солей является наиболее старым и широко применяемым методом, сущность которого заключается в следующем: атом водорода при а-сульфониевом атоме углерода является относительно «кислым» и может быть элиминирован при действии основания [79,80]. Поэтому, далее при депротонировании соли 4 смесью насыщенного раствора поташа и 12.5 N раствора едкого натра с выходом 92% образуется илид 5 (Схема 2). Для кетостабилизированных илидов характерна делокализация отрицательного заряда атома углерода на карбонильной группе, поэтому в ИК-спектре илида 5 происходит длинноволновое смещение полосы поглощения группы С=0 в область v 1540 см 1.
В спектре ЯМР С илидный атом углерода резонирует в области 6С 52.54 м.д., а сигнал кетогруппы претерпевает сильнопольный сдвиг до бс 185.69 м.д. Химические трансформации полученного илида 5 показали, что он ведет себя аналогично ранее описанным [75-77]. Уже при комнатной температуре илид 5 самопроизвольно циклизуется, образуя небольшое количество индолизидиндиона 6, с выходом около 20%.. В условиях реакции внутримолекулярной циклизации (кипячение в толуоле с эквимольным количеством BzOH) [76] илид 5 превращается в соединение 6 с выходом 92%.
Как и другие, полученные ранее кетостабилизированные илиды [71, 74-75, 85-86], илид 5 вступает в реакции ацилирования с уксусным ангидридом и хлористым бензоилом и циклопропанирования с метилакрилатом (схема 3).
Взаимодействие 5 с эквимольным количеством уксусного ангидрида в толуоле при 110С приводит к дважды стабилизированному илиду 7 с выходом 61% - продукту С-ацилирования. Реакция 5 с хлористым бензоилом проходит хуже и дает сложную смесь продуктов, из которых удалось выделить продукт О-ацилирования - енолбензоат 8 с выходом 15% и индолизидиндион 6 в качестве основного продукта. В ИК-спектре соединения 7 наблюдается длинноволновое смещение полос поглощения карбонильных групп, связанных с карбанионом, в область v 1585 см"1, в спектре ЯМР !Н наиболее характерным является сигнал протонов ацетильной группы в области 8н 2.31 м.д. Для соединения 8 информативными являются сигналы протонов метильной группы в области 6Н2.12 м.д. в спектре ЯМР !Н и сигнал карбоксильного атома углерода в области 8С 163.45 м.д. в спектре ЯМР 13С.
При взаимодействии илида 5 с метилакрилатом образуется 1,2-дизамещенный циклопропан 9 в виде смеси цис- и транс-изомеров в соотношении 1:1. Наиболее информативными для определения изомерного состава являются два синглета протонов метильной группы в области 5н 3.61 и 3.63 м.д. в спектре ЯМР Н, имеющие одинаковую интенсивность. Более слабопольный сигнал принадлежит г/ис-изомеру, что обусловлено взаимодействием протонов СО2СН3 группы с кетогруппой. Сигналы циклопропановых углеродов в спектре ЯМР 13С резонируют в области 8С 23.94; 29.18; 17.30 м.д. (цис-изомер) и 24.12; 29.66; 17.13 м.д. (транс-изомер) [87].
Легкость протекания процесса циклизации и высокий выход циклического продукта в случае илида, полученного из N-фталил-р-фенил-Р-аланина привело к решению использовать именно эту кислоту для получения конденсированной гетероциклической системы с семичленным циклом. Для получения гомолога кислоты 1 использовали перегруппировка Вольфа [88], но оптимальные условия были подобраны не сразу (Схема 4).
Масс-спектрометрическое исследование илидов и продуктов их термолиза
8-Оксихинолин окисляли концентрированной азотной кислотой и получали пиридин-2,3-дикарбоновую кислоту 17 [100]. Последующее кипячение этой кислоты с хлористым тионилом в бензоле приводило к ангидриду пиридин-2,3-дикарбоновой кислоты, который представляет собой песочного цвета кристаллы с характерным запахом. Полученный ангидрид использовали в качестве защиты аминогруппы в аминокислотах. Как известно, фталильная защита легко вводится прямым сплавлением фталевого ангидрида и аминокислоты. А в случае ангидрида пиридин-2,3-дикарбоновой кислоты пришлось использовать конденсацию в 1,4-диоксане в присутствии молекулярных сит 4 А. Далее, полученные защищенные аминокислоты вовлекали в реакцию Арндта-Айстерта для получения бромкетонов. Но уже на первой стадии получения хлорангидридов возникли проблемы. К сожалению метилхлорформиатный метод не дал ожидаемых результатов. Были предприняты попытки получения хлорангидридов взаимодействием кислот с хлористым тионилом как в кипящем бензоле, так и в самом хлористом тиониле в качестве среды [99]. К сожалению происходило осмоление реакционной массы. Было решено взять более низкокипящий растворитель и оптимальным вариантом оказался хлористый метилен. Далее, полученные хлорангидриды кислот были успешно трансформированы в соответствующие диазокетоны. Структура соединений 23-27 подтверждена спектральными характеристиками.
Реагенты и условия: a. HN03; b. SOCb, С6Нб; с. 1,4-диоксан, сита4А; d. СН2С12, S0C12; е. CH2N2, эфир, + 5С В ИК-спектрах присутствуют широкие интенсивные полосы поглощения диазогруппы при v 2100-2120 см"1, в спектре ЯМР 13С характерным является сигнал атома углерода группы CHN2 при 8С 53.74, 55.01, 53.51, 55.88, 53.35 м.д. соответственно (Схема 7). При обработке диазокетонов 23-27 водным раствором НВг получили бромкетоны 28-32. В спектре ЯМР 3С соединений 28-32 сигнал метиленового углерода идентифицируется в области 8С 31.65, 32.00, 31.98, 33.60, 33.13 м.д. СН(СН3)С2Н5 (26,31,36,41,46); СН2СН(СН3)2 (27,32,37,42,47). Реагенты и условия: а. НВг, СН2С12; b. Me2S, Ме2СО; с. К2С03,12.5 Н NaOH; d. BzOH, PhMe
Взаимодействие бромкетонов 28-32 с диметилсульфидом в растворе ацетона приводило к сульфониевым солям 33-37 , которые начинали выпадать в осадок практически сразу же после прибавления диметилсульфида, что обычно не характерно для этих реакций (Схема 8). Депротонированием сульфониевых солей смесью насыщенного раствора поташа и 12.5 N раствора едкого натра получали илиды 38-42. Образование илидов подтверждено характерным длинноволновым смещением полосы поглощения карбонильной группы в ИК-спектре от v 1540 до 1568 см 1 соответственно. В спектре ЯМР Н характерным является сигнал шести протонов при 2.85,2.80,2.85,2.90,2.80 м.д. соответственно. Наличие пиридинового кольца в НИ-диацильном фрагменте илидов дает принципиальную возможность образования двух продуктов циклизации 43-47а и 43-476 (схема 9).
Однако, принимая во внимание нуклеофильный характер илидов серы, можно предположить, что предпочтительным является взаимодействие карбаниона с более электронодефицитным карбимидным атомом углерода, находящимся в р-положении к атому азота пиридинового кольца и, как следствие, образование трициклов 43-476. Введение илида в реакции циклизации, как и ожидалось, привело к образованию единственного циклического соединения, структура которого была доказана спектрально.
![Синтез аналогов природных хинонов на основе реакции [4+2]-циклоприсоединения силоксибутадиенов](/i/i/4460/49241.png "Синтез аналогов природных хинонов на основе реакции [4+2]-циклоприсоединения силоксибутадиенов Нечепуренко Иван Васильевич")
