Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор каркасные соединения типа «птичья клетка»: синтез, некоторые химические и биологические свойства
1.1 Методы получения 7
1.2 Синтез азот- и нитрозамещенных каркасных соединений 11
1.3 Синтез серосодержащих аналогов каркасных соединений 14
1.4 Димеры 18
1.5 Пептиды, макроциклы и краун-эфиры 25
1.6 Реакция Байера -Виллигера 30
1.7 Синтез разнообразных производных 34
1.8 Биологические свойства 37
Глава 2. Обсуждение результатов
2.1 Синтез новых производных левопимаровой кислоты по реакции дильса-альдера
2.2 Синтез 6-гидроксикаркасных производных хинопимаровой кислоты
2.3 Синтез водорастворимых каркасных производных хинопимаровой кислоты
2.4 Синтез галогензамещенных каркасных производных хинопимаровой кислоты
2.5 Синтез серосодержащих каркасных производных хинопимаровой кислоты
2.6 Синтез 6-O-ацилатов и карбаматов каркасных производных хинопимаровой кислоты
2.7 Биологическая активность синтезированных соединений
2.7.1 Анальгетическая активность и острая токсичность соединения 2 76
2.7.2 Гепатопротекторная и желчегонная активности соединений 2, 78 7a и 10
2.7.3 Противовирусная активность соединений 29, 35, 36, 39, 58, 64, 81
65, 73, 75, 76, 81, 82
2.7.4 Противогипоксические свойства соединений 39, 52, 57 и 77 83
2.7.5 Заключение 84
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 85
3.1 Экспериментальная часть к разделу 2.1. 86
3.2 Экспериментальная часть к разделу 2.2. 94
3.3 Экспериментальная часть к разделу 2.3. 97
3.4 Экспериментальная часть к разделу 2.4. 111
3.5 Экспериментальная часть к разделу 2.5. 117
3.6 Экспериментальная часть к разделу 2.6. 131
Выводы 149
Список сокращений 150
Список литературы 152
Приложения 1
- Синтез серосодержащих аналогов каркасных соединений
- Синтез разнообразных производных
- Синтез галогензамещенных каркасных производных хинопимаровой кислоты
- Экспериментальная часть к разделу 2.3.
Синтез серосодержащих аналогов каркасных соединений
Аминосодержащие каркасные соединения проявляют широкий спектр биологической активности [1]. Способы их получения весьма разнообразны. Ряд различных ди- и тетрааминопроизводных окса-«птичьей клетки» синтезированы в работах южноафриканских ученых [18-23]. Кипячением смеси дитозилата пентациклоундекана 13 с N -бензил-N -трет бутоксикарбонил диамином в ацетонитриле в течение 36 часов получены N защищенные пентациклоундеканы 14 и 15. Бензильные группы соединений 14 и 15 удалены действием водорода на 10% палладии на угле в метаноле, в присутствии формиата аммония с образованием N-трет-бутоксикарбонил диаминопентациклоундеканов 16 и 17. Снятием трет-бутоксикарбонильных защитных групп соединений 16 и 17 посредством действия HCl в метаноле получены целевые тетрааминопроизводные 18 и 19 с выходом 86% и 71% соответственно. Для образования дипиперазинзамещенного пентациклоундекана 20 дитозилат пентациклоундекана 13 обрабатывали пиперазином в хлористом метилене при -78 С (схема 6).
Оптически активная аминокислота 21 получена в несколько стадий из дикетона 1 [24]. Оптически активный монокетон 22 получен по схеме представленной ниже, затем на его основе получен гидантоин 23, гидролиз которого Ва(ОН)2 приводит к аминокислоте (–)-21 (схема 7). Ряд аминокислот получен этими же авторами исходя из трисгомокубана [25]. NH HN-I I Boc Boc
Для синтеза -лактамов и -лактонов оказалось весьма удобным взаимодействие ПЦУД-8,11-диона 1 с NaCN в водной среде [26, 27]. В зависимости от способа обработки реакционной массы, можно получить как кетон 24, так и триол 25 (схема 8). Не все лактамы подвергаются гидролизу с образованием лактонов [28]. Так, цианогидроксилактам легко подвергается гидролизу, как в кислых, так и в щелочных условиях. Аминогидроксилактам устойчив к щелочному гидролизу, но легко дает дигидроксилактон при кипячении в HCl.
Ди- и тетранитропроизводные получены группой А. П. Марчанда [31]. Попытка получения тетранитропроизводного из ПЦУД-8,11-диоксима по предложенной ниже стратегии к успеху не привела, в результате получена нитро-аза-«птичья клетка». Тогда авторы применили следующую стратегию: поставили кетальную защиту на одну кето-группу, после ряда указанных на схеме 10 реакций получили динитропроизводное 36, затем, сняв кетальную защиту, в две стадии получили тетранитропроизводное 37. 37
Реагенты и условия: а) (СН2ОН)2, psOH, D-St; b) NH2OH, HC1, NaOAc, ЕЮН; c) Br2, NaHC03, ДМФА, 0 С, затем 03, CH2C12, 0 С; d) NaBH4, 60% ЕЮН; e) K3Fe(CN)6, NaN02, водн. MeOH, NaOH; f) конц. H2S04, CH2C12; g) 98% HN03, NH4N03, CH2C12, кипячение 1 час, затем 30% H202, кипячение 1 час.
В литературных источниках описано о невозможности получения или стабильности только в растворе дитионового производного, синтезированного при действии на дикетон 1 различных сульфирующих реагентов – SiS2, B2S3 или бис(трициклогексилолово) сульфида [32, 33]. При обработке дикетона 1 газообразными H2S и HCl в среде метанола в зависимости от продолжительности реакции образуются различные продукты [34]. Проведение реакции в течение 1-1.5 ч приводит к двум монотиапроизводным, увеличение времени реакции до 3-5 ч дает тиа-«птичьи клетки» 38 и 39 с выходами 21 и 24% соответственно (схема 11). їй УГ ОМе + VZ OMe
Показано, что неустойчивый кетотион 40, полученный взаимодействием дикетона 1 с сероводородом в среде трифторуксусной кислоты, при кипячении в бензоле легко претерпевает тримеризацию с образованием производного тритиана 41 с количественным выходом [35] (схема 12).
Тиа-«птичьи клетки» 44-46a,b синтезированы по реакции дикетона 1 с 2-хлор- или 2-бромэтанолом [36]. Первоначально, через смесь дикетона 1 и 2-галоэтанола пропускали одновременно газообразные H2S и HCl в течение 4 ч (схема 14). После обработки реакционной массы получили тиа-«птичьи клетки» 44 (8-9%), 45 (40%) и димерный продукт 46 (10%), который получился в виде смеси мезо- и d,l-диастреоизомеров 46a,b соответственно. Известно, что при введении в структуру дикетона 1 диоксолановой защиты в реакцию вступает только одна кето-группа. Данные о том, кето-группа в каком положении вступила в реакцию с этиленгликолем, у различных исследовательских групп разнятся, поэтому здесь и далее приводятся структуры этого соединения или соединений, полученных на его основе, так как они приведены в литературных источниках. Реакция моноацеталя 47 с реагентом Лавессона в безводном ТГФ в инертной атмосфере приводит к яшя-«птичьей клетке» 48 [32] (схема 15).
Синтез разнообразных производных
Введение в структуру биологически активных соединений углеводных фрагментов часто используется для повышения водорастворимости целевых соединений [100], что может привести к увеличению уже имеющейся биоактивности конъюгатов, или к появлению новых её видов [101]. С этой точки зрения, интерес представляет гликозилирование каркасных продуктов фотохимических реакций производных хинопимаровой кислоты, имеющих в своей структуре оптически активный дитерпеновый и уникальный каркасный фрагменты, в плане изучения токсичности, взаимосвязи “структура-активность” и расширения круга функциональных производных данных соединений.
Для введения гликозидного фрагмента в молекулу каркасного производного хинопимаровой кислоты нами использовано 6 гидроксикаркасное производное 11, его метиловый эфир 12 и дикетокаркасное производное 31 [12]. Впервые осуществлен синтез дитерпеновых каркасных О-гликозидов. В качестве активаторов реакции использовались: Hg(NO3)2H2O [102], SnCl4 [103] и FeCl36H2O [104].
Реакцию гликозилирования соединения 11 проводили в бензоле при 60С с использованием в качестве активатора Hg(NO3)2H2O, эквимольного количества 3,4,5,6-тетра-О-ацетил--D-глюкопиранозилбромида или 3,4,5,6-тетра-О-ацетил--D-галактопиранозилбромида. О-Гликозиды 13 и 14 выделяли колоночной хроматографией на силикагеле (выход 91 и 88% соответственно). В результате реакции в обоих случаях была получена смесь ,-аномеров с преобладанием -аномера (схема 7). HOOC Z1- ноос
Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 13С ,-аномеров О-гликозидов проводили по С1 углеродным атомам гликозидных остатков. Так, для глюкопиранозидного остатка в гликозиде 13 атом С1 для -аномера находится в сильном поле (С 89.73 м.д.), для -аномера в более слабом поле (С 95.08 м.д.) [107]. В случае галактопиранозидного остатка в соединении 14 атом С1 для -аномера находится в сильном поле (С 90.58 м.д.) и для -аномера в более слабом поле (С 95.88 м.д.) [105]. Вследствие перекрывания сигналов гликозидной части молекулы с сигналами каркасного остова в спектрах ЯМР !Н соотношение ,-аномеров здесь и далее установлено по интенсивности дублетных сигналов атомов С1 в спектрах ЯМР 13С, причем при определении соотношения аномеров регистрация спектров проводилась в режиме С{Н} с большим временем между импульсами для полной релаксации.
Реакция более устойчивых перацетатов моносахаридов с 6-гидроксикаркасным производным хинопимаровой кислоты 11 при использовании в качестве активатора FeCb [104] в среде метиленхлорида не проходит.
Другим методом О-гликозилирования дитерпеновых каркасных соединений легкодоступными перацетатами моносахаридов является активация с помощью SnCU, позволяющая посредством варьирования условий проведения реакции изменять соотношение образующихся аномеров [103]. Реакцию кислоты 11 или метилового эфира 12 проводили при соотношении “гликозильный донор : кетоспирт : SnCl4=5:4:30 и фиксированном времени 4 ч, в смеси ацетонитрил – дихлорэтан с добавлением молекулярных сит 4. В качестве гликозильных доноров использовались перацетаты D-глюкозы 15, D-галактозы 16, D-маннозы 17, D-ксилозы 18, L-рамнозы 19 и L-арабинозы 20 (схема 8). В результате реакции получены О-гликозиды 14, 21-26. В таблице 1 приведены результаты реакции гликозилирования с указанием температуры проведения реакции, выхода продуктов и соотношения образующихся аномеров.
Схема 8 Условия реакции гликозилирования были оптимизированы на примере взаимодействия пента-О-ацетил-D-глюкопиранозы и метилового эфира 12. Как видно из табл. 2.1 при температуре реакции -5 С не наблюдается образования продуктов реакции 21, при 0 С реакция идет с выходом 10%. Повышение температуры реакции до 5 С повышает выход продуктов реакции до 82%. Увеличение температуры реакции до 1015 C приводит к снижению выхода целевого продукта до 9.2%. Такая же зависимость выхода продуктов реакции и стереоселективности от температуры наблюдается и в случае остальных моносахаридов, что согласуется с работой [106]. Таким образом, наиболее оптимальным является проведение реакции гликозилирования при 5 С: наблюдается увеличение выхода О-гликозидов и стереоселективности реакции. Следует отметить, что в некоторых опытах дополнительно наблюдали образование минорного побочного продукта ацетилирования по положению С6 каркасной части молекулы 27. На процесс гликозилирования также оказывает влияние дитерпеновая часть молекулы исходного субстрата. Так, наблюдается значительное снижение выхода продуктов гликозилирования (с 76% до 51%) при введении в реакцию с пента-О-ацетил-D-галактопиранозой кислоты 11 по сравнению с метиловым эфиром 12, при прочих равных условиях реакции.
Строение всех синтезированных соединений установлено на основании данных ЯМР спектроскопии. Отнесение сигналов углеродов в углеводной части молекулы проводили согласно [105, 107].
Таким образом, активация реакции гликозилирования 6 гидроксикаркасного производного хинопимаровой кислоты Hg(NO3)2 с высокими выходами дает аномерную смесь О-гликозидов с преобладанием в смеси -аномера. При активации SnCl4 соотношение образующейся аномерной смеси О-гликоконъюгатов зависит от структуры гликозильного донора и температурного режима реакции.
Синтез галогензамещенных каркасных производных хинопимаровой кислоты
Для периферического дизайна каркасных производных хинопимаровой кислоты максимально привлекательным является введение в данную молекулу функций, активных по отношению к амино- и серосодержащим группам, например, атомов галогена. Кроме того, хотя природные галогенсодержащие дитерпеноиды являются малочисленной группой соединений этого класса, однако их разнообразная биологическая активность привлекают к ним все большее внимание [109].
С целью синтеза подобных соединений введение атомов галогена в каркасные производные хинопимаровой кислоты осуществляли по двум направлениям: в каркасную и дитерпеновую части 6-гидроксикаркасных производных хинопимаровой кислоты 11, 12. Реакцию обмена ОН-группы на Cl в кетоспирте 12 осуществили действием POCl3 в пиридине при 0 С, в результате которой с количественным выходом получили оптически активный хлорид 34 (схема 15).
Образование хлорида 34 доказано на основании данных ЯМР-спектроскопии и элементного анализа. Так, в спектре ЯМР 13С (режим J 61 модуляции) наблюдали исчезновение дублетного сигнала углерода С6-ОН в области С 72.41 м.д. и появление дублетного сигнала атома углерода С6-Cl в области С 56.95 м.д.
Хлорзамещенный эфир 35 получили воздействием хлорацетилхлорида на кетоспирт 12 при кипячении в безводном хлороформе. Выход 6-хлорацетоксипроизводного составил 86%. Структура соединения 35 подтверждена данными РСА (рис. 2.4).
Общий вид молекулы 35 в представлении атомов эллипсоидами тепловых смещений с 50% вероятностью
В спектре ЯМР 13С (режим J-модуляции) эфира 35 наблюдали смещение дублетного сигнала атома углерода С6-О в слабую область поля С 77.13 м.д. и появление триплетного сигнала группы СН2СІ в области С 40.78 м.д. и синглетного сигнала группы ОСО в области С 166.14 м.д.
Введение галогена в дитерпеновую часть молекулы осуществили in situ в четыре стадии: сначала кипячением кетоспирта 11 в уксусном ангидриде блокировали гидрокси-группу, затем при действии на ацетат 36 оксалилхлорида получили хлорангидрид 37, обработка которого эфирным раствором диазометана в CH2CI2 при -5 С дала диазокетон 38, который далее без выделения был обработан 40%-ным раствором НВг. Выход бромкетона 39 составил 86% на последней стадии (схема 16). Roc - Wf oc p
Образование кетобромида 39 доказано на основании данных ЯМР-спектроскопии и элементного анализа. Так, в спектре ЯМР 13С (режим J-модуляции) наблюдали исчезновение синглетного сигнала углеродного атома карбоксильной группы и появление двух новых сигналов: синглетного сигнала СО-группы в области С 206.53 м.д. и триплетного сигнала СН2Вг группы в области С 31.99 м.д.
В последние годы одним из актуальных направлений органической химии становится синтез соединений с несколькими полициклическими структурами. Объединение в одной молекуле нескольких дитерпеноидных структур приводит к появлению новых видов биологической активности. Подобные соединения, проявляющие свойства агонистов Х рецепторов печени, известны, например, для подокарповой кислоты. Кроме того, бимолекулярные продукты, связанные длинноцепными мостиками, могут выступать в качестве «клефт»-типа супрамолекулярных рецепторов, способных избирательно связывать молекулы органических и природных соединений в их полости и ловушки. Например, такие системы синтезированы на основе дитерпеноида изостевиола [39, 40].
Синтезированные нами галоидсодержащие соединения могут быть использованы в синтезе бимолекулярных каркасных производных хинопимаровой кислоты. Так, реакцией 6-хлорацетоксипроизводного 35 с 1,3-диаминопропаном с выходом 22% получено бимолекулярное производное 40 (схема 17).
Серосодержащие органические соединения играют важную роль в органическом синтезе и вызывают несомненный интерес у химиков синтетиков [110]. В современной литературе имеется много сообщений о роли структур, содержащих сульфгидрильные группы и дисульфидные связи, в физиологических и биохимических процессах. Серосодержащие функциональные группы, обладая высокой реакционной способностью, входят в состав активных центров гормонов, ферментов, рецепторов, лекарственных препаратов (в том числе аминокислот и алкалоидов) [111-112].
Полициклические каркасные соединения типа «птичья клетка» являются структурными аналогами известных лекарственных препаратов ряда адамантана (амантадин, мемантин) и обладают широким спектром фармакологической активности [1]. Как указано в литературном обзоре, в литературе представлены данные о получении серосодержащих производных каркасных соединений типа «птичья клетка» только на основе трансформаций дикетона Куксона (пентацикло[6.2.1.02,6.03,10.05,9]ундекан 64 8,11-диона или ПЦУД-8,11-диона) и его производных. Известно, что моно- и дитионовые производные ПЦУД очень лабильны, склонны к полимеризации и разложению [33, 113-114]. Тиа-«птичьи клетки» получали: восстановлением тиоксокетона-ПЦУД NaBH4 [113], при продолжительном (3-5 ч) пропускании газообразных H2S и HCl через раствор дикетона в метаноле [34], при взаимодействии моноацетального производного ПЦУД с реагентом Лавессона [32] или при реакции 8-метилено-ПЦУД-11-она с дитиолами в присутствии BF3OEt2 [38].
Экспериментальная часть к разделу 2.3.
Соединения 2 и 7a понижали уровни ферментов трансаминаз по сравнению с контролем. Так, уровень АЛТ в этих группах был снижен на 31 и 28% (Р0,001), а уровень АСТ на 17 и 24% соответственно. Соединение 10 не оказывало влияния на уровень АЛТ и незначительно снижало уровень АСТ по сравнению с группой контроля (Табл. 2.5). Таблица 2.5
Цитолитический синдром при острых поражениях печени сопровождается более выраженным повышением активности АЛТ по сравнению с активностью АСТ. Соотношение показателей активности АСТ/АЛТ (коэффициент де Ритиса) у интактных животных (1,1±0,2) снижалось на фоне гепатита (0,77±0,98), что свидетельствовало об остром характере воспаления. Введение соединений 2 и 7a повышало коэффициент де Ритиса, по сравнению с группой не леченного контроля (Табл. 2.5). В группе соединения 2 коэффициент де Ритиса был близок к таковому у интактных животных. Уровень билирубина во всех группах изучаемых соединений 2, 7a и 10 оставался высоким, по сравнению с группами Карсила и интактных животных, но был незначительно ниже, чем в группе контроля (Табл. 2.5). Относительная масса печени во всех группах была выше, по сравнению с интактным контролем, что косвенно свидетельствовало о течении воспалительных процессов в органе (Табл. 2.4).
Таким образом, на модели острого тетрахлорметанового гепатита у крыс установлено, что производные левопимаровой кислоты 2, 7a и 10 обладают желчегонной активностью. Показано, что производные левопимаровой кислоты 2 и 7a, содержащие азот и серу, наряду с желчегонным действием, проявляют и гепатопротекторные свойства. 2.7.3 ПРОТИВОВИРУСНАЯ АКТИВНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ 29, 35, 36, 39, 58, 64, 65, 73, 75, 76, 81, 82 Интерес к каркасным полициклическим соединениям связан с обнаружением у аминозамещенных адамантанов (известные препараты амантадин, мемантин и ремантадин) антивирусной активности: против вируса гриппа, гепатита С, вируса иммунодефицита человека и невралгии опоясывающего лишая [1]. Изучение фармакологии производных адамантана стимулировало поиск подобной активности у их структурных аналогов – полициклических каркасных соединений типа «птичья клетка» (производных пентацикло[6.2.1.02,6.03,10.05,9]ундекан-8,11-диона и пентацикло[6.4.0.02,7.03,11.06,10]додекан-9,12-диона), к которым относятся каркасные производные хинопимаровой кислоты.
Скрининг противовирусной активности соединений 29, 35, 36, 39, 58, 64, 65, 73, 75, 76, 81, 82 был проведен в соответствии с [118, 119]. В работе использован штамм вируса гриппа А/California/07/09(H1N1), препараты сравнения ремантадин и рибавирин. Активность по отношению к указанному штамму вируса гриппа оценивалась по величине индекса селективности SI, представляющего собой отношение медианной цитотоксической концентрации CTD50 к медианной эффективной концентрации EC50. Результаты изучения цитоксичности и противовирусной активности каркасных производных хинопимаровой кислоты суммированы в табл. 2.6.
Согласно полученным данным, изученные соединения различались по цитоксичности и активности. Так, конъюгаты 6-гемисукцината с карбоксизащищенными аминокислотами 75, 76, 73, включая сахарное производное 29, не проявляли заметных противовирусных свойств. Более выраженными противовирусными свойствами характеризовались образцы 36, 64, 81, 58 и 39 имеющие индекс селективности (SI) 10 и выше, т.е. сложные и простые эфиры по положению 6 каркасной части молекулы. Токсичность перечисленных производных для клеток MDCK варьировалась от высокой (соединение 39) до низкой (соединения 64, 81 и 58) (табл. 2.7). Наибольший индекс селективности SI равный 56.6 наблюдался у конъюгата с коричной кислотой 64.
Среди протестированных соединений выявлены образцы 64 и 81 которые по своему SI превосходили препарат сравнения Ремантадин, но уступали препарату сравнения Рибавирин.
Полученные результаты могут служить основанием для дальнейшей направленной оптимизации противогриппозных препаратов на основе каркасных производных хинопимаровой кислоты и изучения молекулярных механизмов их противовирусной активности.
Среди лекарственных средств - антагонистов NMDA-рецепторов, применяемых для лечения нейродегенеративных заболеваний, в отдельную группу выделены производные адамантана, например - препараты амантадин и мемантин [1]. Каркасные производные хинопимаровой кислоты являются структурными аналогами адамантана, и в связи с этим, представлялось интересным изучить эти производные на противогипоксические свойства.
Противогипоксические свойства были изучены на модели нормобарической гипоксии с гиперкапнией [120]. Животных одинакового веса помещали по одному в герметически закрываемые банки объемом 250 см3. Регистрировали время выживания (резервное время) животных в условиях гипоксии и высчитывали процент увеличения резервного времени относительно контроля. Эксперименты по изучению противогипоксической активности на модели нормобарической гипоксии с гиперкапнией выявили отчетливый защитный эффект соединения 57, что выражалось в увеличении резервного времени относительно контроля на 35%.
Соединения 39 и 52 увеличивали время выживания животных в условиях гипоксии по сравнению с контролем на 12-15%. Соединение 77 не обладало противогипоксическим эффектом.
Таким образом, синтетические трансформации на основе левопимаровой кислоты позволили получить соединения, обладающие фармакологической активностью. Производные левопимаровой кислоты 2, 7a и 10 обладают желчегонной активностью, производные левопимаровой кислоты 2, 7a, содержащие азот и серу, наряду с желчегонным действием, проявляют и гепатопротекторные свойства, а соединение 2 обладает кроме этого и анальгетической активностью. Пять соединений из изученной на противовирусную активность группы соединений имеют индекс селективности, равный 10 и выше, что характерно для потенциально активных этиотропных противовирусных соединений. Соединения 39, 52 и 57 проявили противогипоксическую активность.
