Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изостевиол: биогенезис, метаболизм, биологическая активность, химическая трансформация стр. 10
1.1 Биогенезис изостевиола стр. 13
1.1.1. Изопреноиды и терпеноиды стр. 13
1.1.2.Синтез кофермента ацето-ацетилА , стр. 14
1.1.3 . Синтез мевалоновой кислоты и изопентилпирофосфатов . стр. 16
1.1.4. Синтез изопренилпирофосфатов стр. 19
1.1.5. Синтез бейеренов и кауренов стр. 20
1.2. Метаболизм стевиола и изостевиола стр. 26
1.3. Росторегулирующие свойства изостевиола стр. 30
1.4. Биологическая активность изостевиола стр. 34
1.5. Мутагенность стевиозида, стевиола и изостевиола стр. 37
1.6. Химическая функционализация изостевиола стр. 38
Глава 2. Синтез диэфиров и диамидов на основе изостевиола стр. 41
2.1 Диэфиры на основе изостевиола и дибромалканов стр. 41
2.2. Диамиды на основе изостевиола и алифатических диаминов
2.3. Производные изостевиола с лактамным и лактонным фрагментами стр. 52
2.3.1. Необычное течение реакции Бекмана в случае оксима изостевиола стр. 53
2.3.2. Синтез диэфира изостевиола с лактамными фрагментами стр. 60
2.4. Диэфиры на основе изостевиола и дикарбоновых кислот... стр. 61
2.4.1. Синтез на основе изостевиола и дикарбоновых кислот... стр. 62
2.4.2. Структура синтезированных диэфиров в растворе и кристалле стр. 66
Глава 3. Синтез азотсодержащих производных изостевиола . стр.87
3.1. Синтез оснований Шиффа на основе N-производных изостевиола по атому С-4 стр. 88
3.2. Синтез оснований Шиффа на основе N-производных изостевиола по атому С-16 стр. 96
Глава 4. Синтез 15-галогено-, окси - и оксопроизводных изостевиола стр. 108
4.1. Бромирование изостевиола стр. 108
4.2. Получение 15-гидроксиизостевиола стр. 110
4.3. Синтез 15-оксоизостевиола стр. 116
Глава 5. Свойства синтезированных соединений:транспорт металлов, аминокислот, биологическая активность стр. 126
5.1. Транспорт металлов и аминокислот стр. 126
5.1.1. Краун-эфиры, азакраун-эфиры, криптанды стр. 126
5.1.2. Циклодекстрины '... ' стр. 134
5.1.3. Циклохолаты стр. 136
5.1.4. Циклофаны стр. 136
5.1.5. Каликсарены стр. 139
5.1.6. Порфирины стр. 142
5.1.7. Молекулярные рецепторы, имеющие несколько карбоксильных групп стр. 143
5.2. Кислотно-основные свойства диэфира на основе изостевиола и себациновой кислоты стр. 149
5.3. Связывание диэфиром на основе изостевиола и себациновой кислоты катионов щелочных металлов стр. 155
5.4. Транспорт пикратов аминокислот и металлов изостевиолом и некоторыми его производными стр. 161
5.5. Антибактериальная активность изостевиола и некоторых его производных стр. 167
Глава 6. Экспериментальная часть стр. 173
Основные результаты и выводы стр. 195
Список литературы... Стр. 197
- Синтез мевалоновой кислоты и изопентилпирофосфатов
- Диамиды на основе изостевиола и алифатических диаминов
- Синтез оснований Шиффа на основе N-производных изостевиола по атому С-16
- Получение 15-гидроксиизостевиола
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Дитерпеноиды представляют собой большое семейство природных соединений, имеющих разнообразную геометрию сочленения циклов. Они проявляют биологическую активность самых разнообразных типов. Среди дитерпеноидов есть вещества, ингибирующие опухолеобразование, антибиотики, гипертензивные и антигипертензивные средства, подсластители, подгорчители, инсектициды, регуляторы роста растений. В целом, следует отметить, что природные соединения, выделяемые из высших растений, представляют собой чрезвычайно. перспективную основу для дизайна новых биологически активных соединений, поскольку даже незначительные изменения их химического строения и молекулярной структуры приводят к существенным изменениям активности. Поэтому фукционализация изопреноидов с целью получения их новых производных с практически полезными свойствами является актуальной проблемой.
Такким образом, настоящая диссертационная работа, посвященная синтезу новых производных дитерпеноида изостевиола (16-оксо-энт-бейеран-19-овая кислота), а также исследованию некоторых свойств, проявляемых синтезированными производными, представляется актуальным исследованием.
Работа выполнена в соотвествии с п. 8 «Химия биополимеров и низкомолекулярных природных соединений» основных направлений научной деятельности Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН, утвержденных постановлением Отделения химии и наук о материалах РАН от 14.01.2003 г. № 6 и Президиума РАН от 23.03.2004 г. №102.
Цель и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является синтез кислород- и азотсодержащих производных изостевиола различного строения, имеющих один или два бейерановых каркаса, а также группы, способные связывать катионы металлов и аминокислоты.
Мы предположили, что функционализация изостевиола путем присоединения к нему еще одного липофильного бейеранового каркаса, а также введением дополнительных функциональных групп, способных к образованию водородных и координационных связей, может привести в дальнейшем к выявлению неизвестных ранее биологически активных производных этого дитерпеноида. Поэтому еще одной задачей нашего исследования было изучение свойств синтезированных нами соединений (структура и конформации, способность связывать катионы металлов и аминокислоты, возможность их транспорта через жидкую хлороформную мембрану, а также биологическая активность).
Научная новизна полученных результатов
Синтезировано 38 новых кислород- и азотсодержащих производных изостевиола различного строения. Впервые, на примере производных изостевиола, показано, что циклопентаноновый фрагмент в составе дитерпеноидного каркаса эи/и-бейерановой геометрии в некоторых реакциях ведет себя необычным образом. Так, при нагревании оксима изостевиола с концентрированной соляной кислотой или 25%-ой серной кислотой при 110С образуется не лактам, а лактон. Взаимодействие 15-бромизостевиола с азидом натрия в диметилформамиде в присутствии влаги приводит к 15-гидроксиизостевиолу. Впервые обнаружено, что взаимодействие метилового эфира изостевиола с двуокисью селена приводит не к 15-оксопроизводному, а к смеси продуктов селенирования в сс-положение к кетонной группе изостевиола. Впервые установлено, что диэфир на основе изостевиола и
себациновой кислоты проявляет антитуберкулезную активность на уровне препарата сравнения пиразинамид.
Практическая значимость
Предложены простые методы синтеза кислород- и азотсодержащих производных дитерпеноида изостевиола. Гипотеза о возможности получения на основе изостевиола биологически активных производных (введение в молекулу еще одного эит-бейеранового каркаса, а также групп, способных к образованию водородных и координационных связей) нашла свое подтверждение - диэфир на.основе изостевиола и себациновой кислоты проявил антитуберкулезную активность на уровне преперата пиразинамид. Полученные в работе результаты и сделанные на их основе выводы представляют собой теоретическую и экспериментальную базу для проведения направленных синтезов дитерпеноидов, имеющих энт-бейерановый каркас, с целью получения веществ с прогнозируемыми свойствами (биологическая активность, росторегулирующая активность, способность к связыванию и транспорту через липофильные мембраны катионов металлов и органических молекул малых размеров).
t (
Апробация работы
Основные результаты настоящей диссертационной работы докладывались на III Международной конференция «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (С.Петербург, 2001г.), на II и III Всероссийский конференциях «Химия и технология растительных веществ (Казань, 2002 г., Саратов 2004 г.), на III Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2001 г.), на II Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета.
«Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2001 г.), на итоговых научных конференциях Казанского научного центра РАН (Казань, 2002 г., 2003 г., 2004 г.).
Публикации
Основные материалы диссетации изложены в 12 печатных работах, из них 4 статьи в Журнале общей химии и Mendeleev Communications и 8 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из литературного обзора, экспериментальной части и 3 глав, в которых изложены результаты собственного исследования. В диссертации имеется два литературных обзора. Первый обзор (глава 1) посвящен биогенезису, метаболизму, биологической активности изостевиола, его химическим превращениям. Второй обзор находится в главе 5 и посвящен транспорту ионов металлов и аминокислот различными рецепторами и переносчиками.
Диссертация изложена на 218 страницах, содержит 11 таблиц, 45 рисунков и список литературы из 211 наименований.
Работа выполнена в лаборатории химии природных соединений Института органической и физической им. А.Е.Арбузова Казанского Научного Центра Российской Академии наук. Автор выражает искреннюю и глубокую благодарность своему научному руководителю - д.х.н. Владимиру Евгеньевичу Катаеву и всех своих соавторов, в первую очередь сотрудников лаборатории химии природных соединений за постоянную помощь и поддержку в работе на всех этапах ее выполнения. Автор благодарит сотрудников лаборатории дифракционных методов ИОФХ им. А.Е. Арбузова за проведение рентгеноструктурного анализа, сотрудников лаборатории молекулярной спектроскопии за регистрацию РІК спектров и их обсуждение,
коллектив лаборатории ЯМР спектроскопии за регистрацию спектров ЯМР, с.н.с, к.х.н. Мусина Р.З. за проведение масс-спектрометрического анализа. Автор выражает благодарность за проведение экспериментов по транспорту пикратов металлов и аминокислот, которые были выполнены в Институте органического синтеза УрО РАН (г. Екатеринбург) с.н.с, д.х.н. О.В.Федоровой и м.н.с. М.С.Валовой. Особая благодарность за исследования на антибактериальную активность в НПО, «Фтизиопульмуногия» зам. директора по лабораторной работе Г.Г.Мордовским и зав. лабораторией микробиологии М.Н.Зуевой. За проведение диэлькометрических измерений отдельная благодарность с.н.с, к.х.н. А.П.Тимошевой (ИОФХ им. А.Е.Арбузова), а также за выполнение компьютерного моделирования - м.н.с А.И.Нугманову (ИОФХ им. А.Е.Арбузова).
Автор выражает благодарность за финансовую поддержку в проведении исследований Российскому Фонду Фундаментальных Исследований (гранты 01-03-32190, 02-03-06678МАС, 04-03-32133),
Российско-Американской Программе BRHE "Фундаментальные
исследования и высшее образование" (грант REC-007), фонду НИОКР Академии наук Республики Татарстан (грант 07-7.4-39). Данная работа финансировалась также в рамках Комплексной программы научных исследований РАН "Новые принципы и методы создания направленного синтеза веществ с заданными свойствами" (проект "Клешневидные и макроциклические соединения, содержащие гетероциклические атропоизомерные фрагменты, как путь создания макроциклических рецепторов с заданными свойствами" и проект "Новые принципы получения и целевого использования энантиомерно чистых органических соединений").
Синтез мевалоновой кислоты и изопентилпирофосфатов
Следующей метаболической реакцией в организме является присоединение к только что полученному коферменту ацетоацетил-КоА следующей, второй по счету, молекулы ацетил-КоА. Процесс протекает аналогично присоединению первой молекулы. Далее удаляются два ферментативных остатка KoA-SH и образуется мевальдиновая кислота, которая сразу же восстанавливается коферментом NADH до мевалоновой кислоты, а кофермент NADH окисляется до кофермента NAD+, который опять катализирует реакцию пировиноградной кислоты с коферментом KoA. И так далее.
Мевалоновая кислота -это важнейшее соединение, биогенетический предшественник всех изопреноидов. Под действием ферментов (протеинкиназ), переносящих фосфатные остатки с аденозинтрифосфата (АТФ) на белки (этерификация гидроксиметильных заместителей в полипептидных цепях пирофосфатными фрагментами АТФ), мевалоновая кислота фосфорилируется. 3(/?)-мевалоновая кислота Следует отметить, что поскольку синтез мевалоновой кислоты происходит в условиях ферментативного катализа, она получается в организме в виде индивидуального 3(Я)-изомера. Соответственно в организме (и человека, и высших растений) существует специальный фермент фосфомелованаткиназа, который фосфорилирует именно этот энантиомер. На следующей стадии метаболизма, который мы рассматриваем, эта конфигурация атома С теряется.
В существующих условиях кислотно-основного ферментативного катализа 3-изопентилпирофосфат легко изомеризуется в 2-изопентилпирофосфат, который с целью отличия, называют диметилаллилпирофосфатом (DMAP). 1.1.4 Синтез изопренилпирофосфатов
Стартовым соединением в цепи реакций олигоизомеризации, ведущих к образованию изопренилпирофосфатов, является диметилаллилпирофосфат (DMAP). Пирофосфатная группа в нем находится в аллильном положении, поэтому легко подвергается нуклеофильному замещению. Нуклеофилом в этой реакции выступает концевой олефиновый углерод молекулы IPP. В результате образуется первый изопренилпирофосфат -геранилпирофосфат. Это ключевое соединение в биосинтезе монотерпеноидов, но их получение мы не рассматриваем, наша цель - синтез дитерпеноидов.
Геранил пирофосфат также, как DMAP, и также как все последующие изопренилпирофосфаты, в аллильном положении в концевой (только образовавшейся) двойной связи содержит пирофосфатную группу, которая замещается следующей молекулой изопренилпирофофсфата (IPP). В результате изопреноидная цепь увеличивается еще на одно изопреновое звено. Таким образом последовательно синтезируются фарнезилпирофосфат (прекурсор тритерпеноидов и стероидов) и геранилгеранилпирофосфат (прекурсор дитерпеноидов) (рис. 2). В конечном итоге получается изопреноидный полимер (полиизопрен) каучук..
Геранилгеранилпирофосфат (GGPP) (рис.2) является прекурсором многих детерпеноидов, причем все они различаются своей молекулярной геометрией (абсолютной конфигурацией). Ключевой стадией, определяющей конфигурацию дитерпеноидного каркаса является циклизация молекулы GGPP (рис.7). Молекула GGPP может существовать в 4-х принципиально важных конформациях, определяющих дальнейшую конфигурацию дитерпена. Конформация молекулы GGPP зависит от того, какая синтаза будет осуществлять ее циклизацию. Мы рассмотрим здесь стереохимию циклизации только под действием тех синтаз, которые приводят к дитерпеноидному скелету изостевиола (бейерановый каркас) и стевиола (каурановый каркас).
Под действием энзима энт-копалилпирофосфат синтазы молекула GGPP принимает конформацию яняш-подальное кресло-кресло (рис.7), и происходит катализируемая ферментом циклизация, приводящая к энт-копалилпирофосфату (рис.7). Легко проследить, что конформация GGPP определила геометрию сочленения циклов А и В (транс-сочленение). геранилгеранил пирофосфат (GPP).
Если на геранилгеранилпирофосфат (GGPP) будет действовать другой энзим (копалилпирофосфат синтаза), молекула GGPP принимает конформацию «нормальное» кресло-кресло (рис.9) и происходит катализируемая этим ферментом циклизация, приводящая к копалилпирофосфату (рис.9). Далее происходит внутримолекулярное замещение, пирофосфатная группа отщепляется и образуется тетрациклический карбанион, который в зависимости от типа фермента, участвующего в этом процессе, превращается либо в дитерпен филлокладен (гибайен), либо в дитерпен каурен.
Диамиды на основе изостевиола и алифатических диаминов
Известно, что введение амидной функции в изостевиол приводит к появлению заметной физиологической активности, а именно к ингибированию рецепторов гиббереллиновой кислоты [28]. Поэтому нашим следующим шагом на пути .синтеза возможных биологически активных производных изостевиола было получение диамидов.
Родоначальником этой группы производных является амид изостевиола (10). Он был получен из хлорангидрида изостевиола (2) аналогично известной методике [73, с. 88]. Сам хлорангидрид мы синтезировали по впервые предложенной в нашей лаборатории методике из изостевиола и хлористого тионила [56]. После перекристаллизации из абсолютного гексана он получается в виде кристаллов с выходом 85-90%. Хлорангидрид изостевиола является высоко реакционноспособным соединением. Это нестабильное соединение, при хранении быстро гидролизующееся в изостевиол. Поэтому каждый раз его необходимо синтезировать перед использованием. Кроме того, он успевает частично гидролизоваться до изостевиола и в любой реакции, даже с высоко реакционными нуклеофилами. Поэтому, к сожалению, обычно получается смесь продуктов.
Для получения амида изостевиола (10) к раствору хлорангидрида изостевиола в абсолютном диоксане мы прилили 10-ти кратный избыток водного аммиака. Затем реакционную смесь подкислили 0.1N НС1 до нейтральной среды, а полученный осадок промыли водой. В результате получили белый порошок. После перекристаллизации его из метанола выпали кристаллы с т.пл. 160 — 162С. В ИК спектре этого продукта появляются полосы поглощения 1256, 1605, 1670, 3500 и 3615 см"1, характерные для группы NH2-C=0, что свидетельствует о том, что продукт является амидом (10). В его спектре ЯМР 1Н (рис.15), сигнал протона 3-Н сдвигается в сильные поля (по сравнению с изостевиолом) и теряется в области мультиплетов 1.95 - 0.83 м.д. вследствие замены карбоксильной группы на амидную. Это свидетельствует, кстати, еще и о том, что в этом соединении карбонильная группа С19 амида (10) вывернута по сравнению с карбонильной группой С 9 изостевиола на 180. В спектре имеется сигнал при 5.6 м.д., соответствующий протонам амидной группы. Структура амида изостевиола была подтверждена также методом РСА.
Мы обнаружили, что амид изостевиола, также как и сам изостевиол, образует клатраты с ароматическими соединениями. Причем, его клатраты с бензолом и толуолом оказались изоструктурны соответствующим клатратам изостевиола. Это очень важный результат, который будет предметом обсуждения другой работы. R=(CH2)2 11 (CH2)6 12 13 При перекристаллизации из петролейного эфира был получен продукт реакции, в ИК спектре которого имеются полосы 1251, 1518 и 1639 см"1, характерные для NH-C=0 группы и полоса 3375 см 1, характерная для связи N-H, подтверждающие факт образования амида. В спектре ЯМР Н продукта имеется сигнал протона группы NH при 6.49 м.д. и сигнал протонов группы СН2 при группе NH при 3.36 м.д. Окончательно образование диамида (11) было подтверждено данными масс-спектрального анализа. Отметим, что также как у амида изостевиола (10), у этого диамида сигнал протона 3-Н сдвигается в сильные поля и теряется в области мультиплетов 1.95 — 0.74 м.д., что свидетельствует о повороте карбонильной группа С19=0 в этом соединении на 180 по сравнению с карбонильной группой в изостевиоле.
Диамид изостевиола (12), был синтезирован аналогичным образом из гексаметилендиамина. В РЖ спектре соединения (12) присутствуют полосы 1243, 1518 и 1639 см"1, характерные для NH-C=0 группы и 3402 см"1, характерной для связи N-H амидной группы. В спектре ЯМР Н имеется сигнал протона NH группы при 5.17 м.д.. Все это подтверждает образование амида, а данные масс-спектрометрии свидетельствуют, что это диамид (12). Диамид (13) был получен аналогичным образом взаимодействием хлорангидрида изостевиола с пара-фенилендиамином. Наличие в ИК спектре продукта амидных полос 1220, 1540, 1680 и 3410 см"1, и присутствие в спектре ЯМР ]Н сигналов в области 7.36 - 7.43 м.д., характерных для ароматических протонов парафениленового фрагмента, а также данные масс-спектром етрии, доказывает структуру диамида (13).
Далее представлялось целесообразным с помощью литий алюмогидрида восстановить кетонную группу диамидов до гидроксильной, а амидную до аминной, тем более, что эти процедуры описаны в литературе ( восстановление кетогруппы изостевиола - в работе [61], а восстановление амидов до аминов - в работе [73]). В результате могло бы получиться изостевиольное производное с двумя бейерановыми каркасами, имеющее четыре группы, высокоэффективные к образованию водородных связей с молекулами и ионами гостей.
Восстановление диамида изостевиола (11) проводили аналогично методике [73, с. 190]. За ходом реакции следили с помощью ТСХ ( этилацетат-гексан, 1:1). После удаления растворителя получили продукт реакции, в ИК спектре которого исчезает полоса поглощения 1738 см"1, характерная для кетонной .группы С16=0 изостевиола и появляются дополнительные полосы 1025 и 3386 см"1, характерные для гидроксильной группы вторичного спирта. В спектре ПМР продукта (14) присутствует дублет дублетов при 3.85 м.д., соответствующий протону Нх системы АВХ С-16 замещенного фрагмента пятичленного кольца изостевиольного каркаса. Все это свидетельствует о восстановлении кетогруппы изостевиола в гидроксильную. Но амидные полосы поглощения в ИК спектре не исчезли, полосы аминогруппы не появились, следовательно амидные группы не восстановились в аминные, как мы ожидали согласно данным . [73].
Синтез оснований Шиффа на основе N-производных изостевиола по атому С-16
Попытка трансформировать кетонную группу изостевиола в аминную по обычной схеме [111], включающей в себя получение 16-гидроксиламино-производного и его последующее восстановление литийалюмогидридом в амин оказалась неудачной. Обычная процедура кипячения оксима с алюмогидридом лития в эфире не привела к восстановлению оксимной группы. В результате реакции произошло восстановление карбоксильной группы изостевиола в спиртовую и был получен оксим спирта изостевиола (33). В его ИК спектре появляются полосы 1026, 3325 см-1 , характерные для СН2-ОН группы и исчезает полоса 1690см"1, характерная для карбоксильной группы изостевиола. Данные масс-спектрометрии также подтверждают строение соединения (33). Нагревание изостевиола (1) с избытком формамида в 90%-ной муравьиной кислоте привело к образованию кристаллического продукта реакции. В РЖ спектре этого продукта отсутствует полоса 1740 см-1, соответствующая кетоннои группе изостевиола, и присутствуют полосы формамидной (1541, 1644, 1655см-1) и карбоксильной (1697 см-1) групп. Кроме того, в области 3334 см-1 присутствует поглощение, характерное для связи NH. В спектре ПМР продукта (рис. 34) имеется сигнал протона альдегидной группы при 7.98 м.д., дублет дублетов при 3.97 м.д., соответствующий протону Нх системы АВХ С-16 замещенного фрагмента пятичленного кольца изостевиольного каркаса, мультиплет 3.58-3.42 м.д., принадлежащий протонам НА, Нв АВХ-системы С-16 замещенного фрагмента пятичленного кольца изостевиольного каркаса и сигналы, характерные для изостевиольного фрагмента в области 2.06-0.78 м.д. Исходя из изложенных данных, а также данных масс спектрального анализа продукту была приписана структура (34). Отметим, что чаще всего данный промежуточный продукт в условиях реакции Лейкарта не выделяют, однако мы его выделили и охарактеризовали, чтобы рассмотреть отдельно механизм реакции и некоторые конформационные аспекты полученного продукта реакции.
Протоны 15-На, 15-Нр, и 16-Н изостевиольного каркаса формамида (34) представляют собой АВХ систему в которой мультиплет находится в слабых полях, а дублет дублетов протона X находится в более сильных полях [113,114]. В спектре ПМР формамида (34) (рис. 34) наблюдается казалось бы противоположная картина — дублет дублетов находится в более слабых полях (3.98-3.94м.д.), а мультиплет в более сильных (3.58-3.42м.д.). На самом деле противоречий нет. Наблюдаемая картина, по всей видимости, является свидетельством внутреннего вращения вокруг связей C16-N и/или NH-C(O), приводящего к реализации как минимум двух конформеров (схема 4), в одном из которых анизотропная связь С=0 дезэкранирует АВ протоны, вызывая сдвиг сигналов этих ядер в слабые поля (3.58-3.42м.д.), в то время как соотвествующий этому конформеру Х-протон резонирует в области сложного мультиплета изостевиольного каркаса (2.0-0.78м.д.). В другом конформере амидный карбонил поворачивается в противоположную сторону и дезэкранирует амидный протон N-Я, сдвигая его резонанс в слабые поля (3.97м.д.), в то время как АВ протоны этого конформера резонируют в области сложного мультиплета изостевиольного каркаса (2.0-0.78м.д.). Кроме того, в спектре ПМР присутствуют сигналы, указывающие наналичие в продукте (34) еще одного соединения, а именно, - минорного стереоизомера с другой конфигурацией атома С-16. Этими сигналами являются 7.89м.д. (протон фрагмента N-C(OW ) и мультиплет 3.93-3.89м.д., соответствующий протону при атоме С-16. Согласно интегральным интенсивностям содержание минорного изомера составляет 15 % (Рис. 34). Предварительные эксперименты РСА для формамида (39) показывают, что основной изомер имеет -конфигурацию атома С-16, то есть ос-ориентацию формамидной группы (изображен на схемах 2 и 3). Забегая вперед, интересно отметить, что в основаниях Шиффа (36) и (37), полученных из формамида (34), примесь минорного изомера по данным ПМР меньше (5 %).
Получение R-C16 изомера в качестве основного продукта реакции можно объяснить приведенной ниже схемой протекания реакции Лейкарта [115]. Вероятно в силу стерических затруднений, рассмотренных нами ранее [57,58], формиат анион атакует атом С-16 со стороны противоположной метильной группе С-20 и образуется преимущественно изомер с R-конфигурацией атома С-16. Кипячение формамида (34) в водно-спиртовом растворе гидроксида натрия, последующее подкисление 5%-ной НС1, экстракция бутанолом приводят к кристаллическому продукту реакции с т.пл. 365-367С. В его РІК спектре появляются полосы 1520, 1616, 2500-2700 см"1 , характерные для NH3 + группы и исчезают полосы 1541,1644,1655см"1, характерные для формамидной группы. В спектре ПМР продукта присутствует дублет дублетов при 3.41 м.д., соответствующий протону Нх системы АВХ С-16 замещенного фрагмента пятичленного кольца изостевиольного каркаса, а также другие сигналы в области 2.12-0.87 м.д., соответствующие изостевиольному фрагменту. Данному продукту была приписана структура гидрохлорида амина (35). В пользу этого свидетельствуют также данные масс-спектрального анализа.
Основание Шиффа (36) (схема 3) получали из гидрохлорида амина (35) по методике [116], не выделяя свободного амина. Реакцию проводили в водно-спиртовой среде, добавляя в реакционную смесь №НСОз и избыток салицилового альдегида. За ходом реакции следили с помощью ТСХ (элюент: петролейный эфир-этилацетат, 1:1). Об окончании реакции судили по изчезновению пятен, соответствующих амину (35) и салициловому альдегиду, и появлению ярко желтого пятна, соответствующего основанию Шиффа. Продукт реакции представлял собой желтое масло, перевести которое в кристаллическое состояние не удалось. В ИК спектре продукта присутствуют полосы 770, 800, а также 1500, 1580 см-1, характерные для Саром_Н и Саром-Саром связей, соответственно. Появляется полоса валентных колебаний 1680 см"1 связи C=N. Присутствует характеристическая полоса для карбоксильной группы изостевиола 1690 см-1. В спектре ПМР продукта присутствует сигнал протона группы H-C=N при 8.23 м.д., сигналы протонов 1,2-дизамещенного бензольного, кольца в интервалах 7.30-7.22 и 6.95-6.84 м.д., дублет дублетов при 3.33 м.д., соответствующий Х-протону системы ABX С-16 замещенного фрагмента иятичленного кольца изостевиольного каркаса, а также группа сигналов в области 2.15-1.07 м.д., относящихся к изостевиольному фрагменту. Масс-спектральный анализ также показал наличие в продукте реакции основания Шиффа (36). Однако, в спектре ЯМР !Н присутствуют также сигналы, относящиеся к примесям. В первую очередь это сигналы протонов исходного салицилового альдегида (два мультиплета, характерные для его ароматических протонов, в области 7.56-7.51 и 7.03-6.99 м.д., а также сигналы протонов гидроксильной и альдегидной групп при 11.0 и 9.90 м.д., соответственно). Примесь альдегида по данным спектра ПМР составляет 35%.
Получение 15-гидроксиизостевиола
Известно, что а-галогенокетоны легко реагируют с азидом натрия, образуя а-азидокетоны и, таким образом, открывая путь к синтезу вицинальных аминокетонов, этаноламинов, гетероциклических соединений [73, 74].
Ранее было показано, что атом брома в метиловом эфире 15-бромэстрона легко замещается на азидогруппу в ДМФА при комнатной температуре в течении получаса и соотвествующий З-метокси-15-азидоэстрон образуется с количественным выходом [122]. Мы решили провести эту реакцию с метиловым эфиром 15-бромизостевиолом.
Однако оказалось, что в аналогичных условиях метиловый эфир 15-бромизостевиола (43) в реакцию не вступает. Даже через сутки в присутствии избытка азида в реакционной среде, по данным ТСХ, не было обнаружено иных продуктов,реакции, кроме исходного бромида. Только нагревание реакционной смеси выше 100С в течение нескольких часов привело к образованию двух основных и ряда оставшихся неидентифицированными минорных продуктов. Два основных продукта реакции в индивидуальном виде были выделены колоночной хроматографией на силикагеле (петролейный эфир-бензол-серный эфир, 1:1:1). Ими оказались метиловый эфир изостевиола (38) и 15-гидроксиизостевиол (44).
В масс-спектре выделенного кетоспирта (44) присутствует сигнал молекулярного иона 1 348. ИК и ЯМР Н спектры также подтверждают образование (44). В спектре ЯМР Н (рис.37) присутствует группа сигналов в области 0.74-2.21 м.д., относящаяся к тетрациклическому углеводородному скелету, исчезает дублет дублетов при 2.65 м.д., по сравнению со спектром изостевиола, появляется интенсивный дублет при 3.94 м.д. и синглет при 4.33 м.д. Исчезновение дублета дублетов при 2.65 м.д. свидетельствует о замещении одного из протонов при атоме С15. В отличие от спектра 15-бром изостевиола, в спектре 15-гидроксиизостевиола в более слабых полях присутствуют два сигнала. Они относятся к протонам при атоме С15, что указывает на наличие двух стереоизомеров. Приписать их можно на основании следующих рассуждений. Дублет дублетов при 2.65 м.д. в изостевиоле относится к протону 15-На (re-сторона), сигнал протона 15-Нр ( /-сторона) (дублет, J 18.5 Гц) находится в более сильных полях (1.82 м.д.) [9]. Протон 15-Нц , вследствие искривления циклопентанонового кольца в изостевиоле попадает в область дезэкранир ования кетонной группы и находится в более слабых полях по сравнению с протоном 15-Нр . Расщепление дублета протона 15- (на 3.7 Гц), в отличие от сигнала протона 15-Нр, обусловлено близостью протонов метильной группы 20-С [9]. Из двух сигналов в спектре кетоспирта (44) (рис.37) расщепляется на дублет только один - при 3.94 м.д. Следовательно, он относится к 15- протону. Тогда сигнал при 4.33 м.д. относится к 15-Нр протону. Интегральные интенсивности этих сигналов равны 1 и 0,15, соответственно.
На основании всего изложенного можно заключить, что 15-гидроксиизостевиол образовался в виде двух стереоизомеров с конфигурациями 15(5) в количестве 87 % и 15(B) в количестве 13 %. То есть в отличие от бромирования, реакция с азидом натрия протекает не стереоспецифично. Можно поэтому предположить, что она протекает по механизму SNI- Молекулярная геометрия доминантного изомера была установлена методом РСА (рис.38).
Реакционная смесь содержала несколько минорных продуктов реакции, однако ожидаемый азид не был идентифицирован. Факт образования 15-гидроксиизостевиола (выход 54%) в реакции 15-бромизостевиола с азидом натрия весьма необычен. Диметилформамид содержал следы воды и поэтому формально кетоспирт мог получиться замещением брома на гидроксил.
Для выяснения роли азида натрия мы провели эту же реакцию в его отсутствии. Было поставлено два эксперимента - в одном мы нагревали 15-бромизостевиол (43) в ДМФА без азида натрия, в другом грели 15-бромизостевиол в ДМФА в присутствии КОН. В обеих реакциях исходный бромид почти нацело превратился в метиловый эфир изостевиола (38). 15-Гидроксиизостевиол не образовался, что свидетельствует о решающей роли в этой реакции азида натрия. Механизм процесса нам неясен.
Мы изучили влияние на выход кетоспирта (44) реакционных условий (соотношение реагентов, температура, время). Кроме того, по аналогии с [122], при разработке реакционной смеси использовалась вода, подкисленная уксусной кислотой. Результаты представлены в таблице 5.
Анализируя данные, приведенные в таблице, можно сделать следующие выводы. Содержание метилового эфира изостевиола в реакционной смеси слабо меняется в зависимости от изменения условий реакции (16-23 %), тогда как выход кетоспирта (44) сильно от них зависит. Максимальный выход (48 %) получен при соотношении 15-бромизостевиол : азид натрия 2:1, 12-ти часовом нагревании при температуре бани 105-110 С и разработке реакционной смеси водой, подкисленной уксусной кислотой.
