Новые 2-С производные аскорбиновой кислоты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

I .. ■ "

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК ИНСТИТУТ ПО ИЗЫСКАНИЮ НОВЫХ АНТИБИОТИКОВ

На правах рукописи

Рожков Илья Игоревич НОВЫЕ ¿С ПРОИЗВОДНЫЕ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ

02.00. 10 - Биоорганическая химия, химия природных и физиологически активных веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научные руководители: доктор химических наук, профессор М.Н. Преображенская;

кандидат химических наук,

ст. научный сотрудник A.M. Королев

Москва - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 3

ВВЕДЕНИЕ 4 I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Полифункциональные индолилкарбинолы. Получение и свойства. 6

И. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 42

Введение 42

Изучение превращений аскорбигена и его аналогов в щелочной среде 44

Получение 2-С бензильных аналогов аскорбигена и изучение их свойств 58

Изучение взаимодействия аскорбиновой и ванилиноминдальной кислот 65 Изучение взаимодействия аскорбиновой кислоты с производными

индолилгликолевой кислоты 72 Изучение взаимодействия аскорбиновой кислоты с DL-ß-

гидрокситриптамином 79

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 90

ВЫВОДЫ 100

ЛИТЕРАТУРА [01

главы II и III имеют отдельную нумерацию соединений, не являющуюся продолжением таковой в главе I.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

Bzl- бензил

COSY - гомоядерная корреляционная спектроскопия

Cyt. Р 450 - цитохром Р 450

DCC - Ы,Ы-дициклогексилкарбодиимид

DIFNOE - разностный спектр ядерного эффекта Оверхаузера

EI- электронный удар

Ez - фермент

FAB - бомбардировка быстрыми атомами

HETCOR - гетероядерная корреляционная спектроскопия

HMDS - гексаметилдисилазан

HRMS - масс-спектр высокого разрешения

Ind - 3-индолил

INEPT - селективный перенос поляризации Ph - фенил

БСА - бычий сывороточный альбумин Вое- - трет.-бутилоксикарбонил-

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография КССВ - константа спин-спинового взаимодействия Ms - масс-спектр

ПМР - протонный магнитный резонанс ТГФ - тетрагидрофуран ТСХ - тонкослойная хроматография ЯМР - ядерный магнитный резонанс ЯЭО - ядерный эффект Оверхаузера

Введение

Ь-Аскорбиновая кислота (витамин С) является одним из важнейших компонентов питания, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека. Потребность в аскорбиновой кислоте существенно выше, чем в других витаминах . По последним данным человеку необходимо получать не менее 100 мг витамина С в сутки. Однако до сих пор процессы, связанные с метаболизмом аскорбиновой кислоты изучены мало, в частности остается не ясной аномально высокая потребность человека в этом витамине.

Особую роль в обмене аскорбиновой кислоты в организме играет аскорбиген, поступающий с растительной пищей. Это 2-С-индолилметильное производное аскорбиновой кислоты является депо-формой последней; он освобождает аскорбиновую кислоту в желудке. Однако биологическая роль аскорбигена этим не ограничивается. Отщепившиеся при выделении аскорбиновой кислоты индольные фрагменты аскорбигена образуют в желудке сложную смесь индол-содержащих производных, среди которых самым важным является 5Н,11Н-индоло[3,2-Ь]карбазол, который имеет высокое сродство к рецептору ароматических углеводородов (АЪ-гесерШг) и является мощным индуктором цитохром-Р-450А1-оксигеназы. С образованием индолокарбазола связан антиканцерогенный и, возможно, иммуномодулирущий эффект аскорбигенов.

При попадании в кровь аскорбиген претерпевает превращения другого типа, образуя индол-содержащие производные кетоз.

Настоящая работа посвящена актуальной теме - изучению взаимодействия аскорбиновой кислоты с арил(индолил)карбинолами различного типа и изучению свойств образующихся аскорбигенов или продуктов их дальнейшего превращения, что позволит получить более полное представление о метаболизме аскорбиновой кислоты и расширяет возможности ее использования в органическом синтезе.

Целью работы было расширение наших знаний о свойствах аскорбигена - природной депо-формы аскорбиновой кислоты, а также разработка новых методов дериватизации аскорбиновой кислоты на основе ее взаимодействия с полифункциональными 3-индолилкарбинолами.

I. Полифункциональные индолилкарбинолы. Получение и свойства (литературный обзор).

З-Индолилкарбинол, или 3-гидроксиметилиндол 1, образуется в природе при ферментативном гидролизе алкалоида глюкобрассицина 2, который содержится в растениях семейства крестоцветных [1,2]. Так, при гидролизе 2 под действием мирозиназы (тиогликозид гликогидролаза, B.C. 3.2.3.1) образуется соответствующий нестабильный агликон, который подвергается самопроизвольной перегруппировке Лоссена с образованием скатилизотиоцианата. Последний, после отщепления иона изотиоцианата образует 3-гидроксиметилиндол 1.

Уровень содержания 3-гидроксиметилиндола 1 в растениях существенно меньше, чем глюкобрассицина 2. Так, в белокачанной капусте содержание 1 составляет менее 3 мг/кг, в то время как содержание 2 в крестоцветных - не менее 15 мг/кг. При повреждении клеточной стенки растений продукты гидролиза глюкобрассицина неферментативным путем реагируют с аскорбиновой кислотой 3, содержание которой в крестоцветных достаточно велико. При этом образуется аскорбиген (у-лактон 2-С-(индол-3-ил)-а-Ь-ксило-3-кетогексулозоновой кислоты) 4 [3]. Концентрация аскорбигена в крестоцветных составляет 24-55 мг/кг, что позволяет рассматривать его как основной индол-содержащий природный продукт в растениях этого семейства. Недавние исследования позволили проследить за катализируемыми мирозиназой превращениями 2 in vitro и изучить влияние на этот процесс таких факторов, как рН и концентрация аскорбиновой кислоты 3 и ионов

железа (II) [4]. Так, в присутствии 3 (5 ммоль) основными продуктами трансформации 2 были аскорбиген и изотиоцианат-ион. В присутствии ионов железа(И) при рН 4*6 образовывался, в основном, нитрил индолилуксусной кислоты 5, а в нейтральной или слабощелочной среде - лабильные продукты неустановленного строения. Было показано также, что in vitro аскорбиген образуется из продуктов гидролиза глюкобрассицина и аскорбата, минуя стадию взаимодействия 1 и 3.

Большое значение имеет синтетическое получение аскорбигена и его аналогов путем алкилирования аскорбиновой кислоты производными 3-гидроксиметилиндола. В эту реакцию вступают также индолилкарбинолы, замещенные в ароматическом ядре. Биологическая активность аскорбигена и его аналогов в большой степени зависит от строения индольного агликона. Так, Ы-метиласкорбиген ингибирует рост экспериментальных опухолей и является высокоактивным иммуномодулятором [5].

NOSO,K

II

+ scn"

3-(Гидроксиметил)индол является мощным стимулятором С)4.Р-4501А1-зависимой монооксигеназы и может модулировать канцерогенез [6]. В случае попадания в организм раньше канцерогена, 1 действует как ингибитор развития новообразований, вероятнее всего, путем изменения метаболизма канцерогенов [7]. При попадании в организм после канцерогена, 1 может способствовать развитию опухоли. Такая двойственная активность в отношении канцерогенеза обычно не наблюдается у низкомолекулярных соединений, исключение составляет ряд полициклических ароматических соединений, среди которых наибольшее значение имеет 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин [8]. Недавно были опубликованы данные о том, что употребление 3-гидроксиметилиндола внутрь снижает риск эстроген-зависимого развития рака молочной железы у женщин [9]. В то же время, другие авторы высказывают опасения перед внедрением его в клиническую практику по причине его недостаточной изученности [3, 10].

5Н, 11 Н-индоло[3,2-Ь]карбазол 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин

Необычные свойства 1 могут быть объяснены тем, что он чувствителен к действию кислот, под действием которых образует ряд биологически активных соединений. Среди продуктов кислотного распада 1 наиболее важным является 5Н,11Н-индоло[3,2-Ь]карбазол, сродство которого к рецептору связывания ароматических углеводородов, активирующего Су1.Р-

4501А1-зависимую монооксигеназу, лишь в 3.7-102 раз меньше, чем у 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина [11].

З-Гидроксиметилиндол - амбивалентное соединение. В кислой среде он образует катион метилениндоленина 6, который может подвергать нуклеофильной атаке другую молекулу 1 в индольное ядро с образованием линейных или циклических олигомеров. Предполагается, что на первой стадии реакции образуется промежуточный продукт 7 [12], который может подвергаться дальнейшей трансформации по двум направлениям: в первом случае (а) происходит отщепление молекулы формальдегида с образованием производных (3,3'-дииндолил)метана 8, во втором (Ь) - перегруппировка с образованием производных 2-скатил-З-гидроксиметилиндола 9, который подвергается дальнейшим превращениям.

При обработке 1 водным раствором соляной кислоты с общим выходом 18% была получена многокомпонентная смесь продуктов олигомеризации 1,

содержащая 3,3'-дииндолил метан 8, 2,3-ди(индол-3-илметил)индол 10, циклический тример 11, 3,3-бис-(индол-3-илметил)индоленин 12, линейный 13 и циклический 14 тетрамеры; кроме того, в следовых количествах образовывался 5Н,11Н-индоло[3,2-Ь]карбазол [13].

Легкость образования из производных 3-индолилкарбинола скатильных катионов предполагает возможность использования их в качестве алкйлирующих агентов для получения широкого спектра С-3 замещенных индолов. Другим важнейшим реагентом для получения таких соединений является грамин - 3-(Ы,Ы-диметиламинометил)индол [14].

У индолилкарбинолов общей формулы 15, - аналогов 1, наличие заместителя в алифатической части молекулы расширяет круг синтетических возможностей.

ОН

^^_^у

Я'-

N1"

I

Я

15 к ,гдеУ*Н.

Особенности получения индолилкарбинолов путем восстановления карбонильной группы 3-ацилиндолов состоят в том, что карбонильная группа, сопряженная с ароматическим ядром, чрезвычайно легко восстанавливаться до метиленовой [15]. Так, если в 3-ацилиндолах 16 нет заместителей в индольном ядре, то карбонильная группа может легко восстанавливаться до метиленовой, т.е. образовавшийся на первой ступени карбинол 17 в условиях восстановления неустойчив вследствие электронодонорного влияния индольного ядра, и его гидроксильная группа легко элиминируется и замещается при атаке гидрид-ионом, с образованием 3-алкилиндола 18. 0«. ОН

54 [Н]

[н] ^

_-

чя

■9 18

Алкильный заместитель у атома азота индольного цикла способствует большей устойчивости индолилкарбинолов к действию восстанавливающих агентов в щелочной среде. Так, например, при восстановлении 1-М-незамещенных 3-ацилиндолов 16 алюмогидридом лития были получены соответствующие 3-алкилиндолы 18, в то время, как восстановление 1-М-

ажил-3-ацилиндолов останавливается на стадии соответствующих карбинолов 19 [12, 16]. Это объясняется возможностью перехода Ы-незамещенных индолилкарбинолов в индоленины, которые легко поддаются восстановлению. N-Ал копированные индолилкарбинолы 19 не могут образовывать подобные структуры при восстановлении щелочными агентами (боргидрид натрия, алюмогидрид лития), однако при действии нейтральных или слабокислых восстановителей (1лА1Н4/А1С1з, ЕЬНб) становится возможным стабилизация положительного заряда на атоме азота и, следовательно, (Ы-алкил)метйленидоленинов и дальнейшее их восстановление до алкилиндолов 20.

сн-г?

[н]

сн^

иА1Н4/А1С13; я В2Н6

20

Так, при восстановлении 1-метил-3-[(2,3-0-

изопропилиден)глицероил]индола 22 алюмогидридом лития был получен 1-(1-метилиндол-3-ил) 2,3-О-изопропилиденглицерин 23 [17], в то время как при восстановлении 3-(2,3-0-изопропилиденглицероил)индола 21 в тех же условиях после кислотным гидролиза был выделен 3-(2,3-дигидроксипропил)индол 24 [18].

он

Легкость восстановления карбонильной группы 3-ацилиндолов и гидроксиметильной 3-индолилкарбинолов отмечалась многими авторами [1921]. Одним из наиболее селективных агентов, восстанавливающих 3-ацилиндолы в соответствующие индолилкарбинолы, является боргидрид натрия [22].

Одними из первых публикаций о полифункциональных индолилкарбинолах были работы по химии индолилгликолевой кислоты, которая впервые была получена в 1954 г. [23]. При обработке индола оксалилхлоридом образуется ключевое соединение для получения производных индолилгликолевой кислоты - хлорангидрид индолилглиоксалевой кислоты 25, атом хлора которой может быть легко замещен на гидроксил, алкокси- или аминогруппу [24, 25]. Полученные таким образом соединения 26 а-в могут быть восстановлены боргидридом натрия с образованием соответствующих производных индолилгликолевой кислоты 27 а-в. Аналогично были получены производные Ы-алкилиндолилгликолевых

кислот [26]. При действии на 26 а-в алюмогидрида лития происходит восстановление СО-СО группы до СН2-СН2 с образованием 28 а-в. Триптофол 28а был также получен при восстановлении хлорангидрида 25 алюмогидридом лития [16,24].

(COCI),

R= H, Me, Et

снонсох

LÍAIH

я. Х=ОН, б. Х=ОМе, в. X=NH

28 а-в

В некоторых случаях боргидрид натрия оказывается непригодным для восстановления ацилиндолов до индолилкарбинолов, например, при восстановлении 3-бензилоксиацетилиндола 66 при комнатной температуре был получен бензиловый эфир триптофола 68 [26] (см. ниже). Таким образом, даже при действии такого объемного и избирательного реагента, как боргидрид натрия, в некоторых ацилиндолах может происходить восстановление карбонильной группы до метиленовой.

Легкость элиминирования гидроксильной группы, находящейся рядом с положением 3 индольного ядра, при наличии электронодонорного метального заместителя в положении 2 индольного ядра при дальнейшем восстановлении алюмогидридом лития была продемонстрирована на примере цепи

превращений: З-метил-2-формилиндол 29-» 1-(2-метилиндол-3-ил)карбинол 30 2,3-диметилиндол 31 [16].

Г —> г гиг

сн.

н

'СН3 ЫаВН4

N Н

'сн3 иА!Н<

29

30

При перераспределении электронной плотности в индольном ядре из-за влияния ароматического заместителя, например, восстановление З-ацетил-2-фенилиндола 32 алюмогидридом лития останавливается на стадии (2-фенилиндол-3-ил)этанола 33 [27].

СО-СН,

ИА1Н„

33

.снон-сн,

Электронакдепторные заместители у азота также могут увеличивать селективность реакции восстановления 3-ацилиндолов до соответствующих индолилкарбинолов.

б: К-Восх^н^иь^^з СНОНСРз

I

К 34а,б

а:Я=Н -

В2Н6

I

н

.сн2СР3

35

.СИОНСЯ,

'Н

I

СООСМе3 37

'ы

I

н

36

На примере трифторацетильных производных было показано, что 3-(трифторацетил)индол 34а восстанавливался дибораном до смеси 3-(2,2,2-трифгорэтил)индола 35 и 3-(1-гидрокси-2,2,2-трифторэтил)индола 36 [28], в то время как 1-т-бутилоксикарбонил-З-ацетилиндол селективно восстанавливался над родиевым катализатором до соответствующего карбинола 37 [29].

Интересен пример восстановления одной карбонильной группы симметричных бис-индолилглиоксалей 38 с образованием соответствующих а-кетолов 39. Такое превращение удалось осуществить лишь электрохимическими методами. При этом на промежуточной стадиии наблюдался стабильный анион-радикал 40 [30].

он

Среди биологически активных полифункциональных индолилкарбинолов наиболее подробно изучены индолсодержащие аминоспирты и индолилполиолы. Большой вклад в изучение этих групп соединений внесли H.H. Суворов, М.Н. Преображенская и сотрудники.

Индолилглицерин 41 и его фосфат 42, являются предшественниками триптофана [31]. Фосфат индолилглицерина 42 синтезируется растениями и

некоторыми микроорганизмами из 5-фосфорибозил-1-пирофосфата 43 и о-антраниловой кислоты через стадию 5-О-фосфата 1-(2-карбоксифенил)амино-1 -дезоксирибулозы 44 [32]. Под действием триптофансинтетазы на 42 происходит последовательное отщепление молекулы фосфата глицеринового альдегида и конденсация с молекулой серина с образованием триптофана.

^гоон

ОР2о6н3

-оно

-он

-ороэн2

ын

43

-оно I—он

-0р03н2

ын

I

сн,

=0

-он

-он

44

-0р03н2

Тгр

0р03н2

1) - онс-снон-сн2-оро3н2

2) 5ег

'Ы

н

я=р03н2

+ 0нс-сн0н-сн20р03н2

46

4

41: Я=Н 42: я=р03н2

Н

45

Н

-сно

+ нсоон + нсно

н

оя

а:

б: Я=РО,Нг

СН^ он

2 47а,б

О химических свойствах природного индолилглицерина и его фосфата известно мало: в 50-х годах были описаны расщепление 41 периодатом с образованием формилиндола 45, муравьиной кислоты и формальдегида; ферментативное расщепление 42 с образованием индола и фосфата

глицеринового альдегида 46; «димеризация» 41 и 42 под действием кислоты с образованием соответственно 3,3-ди(индол-3-ил)пропан-1,2-диола 47а и его фосфата 476 [33]. Было показано, что соединение 47а, выделенное из растения Ва1а/иш ЕркМое, также как и индолилглицерин 41 токсично и по своему действию на животных сходно с алкалоидами спорыньи [34].

Конфигурация природного индолилглицерина не изучалась, но поскольку исходным соединением в биосинтезе является Э-рибоза, то предполагается Э-эритро-конфигурация для 41 и 42, хотя не исключается обращение конфигурации на какой-либо стадии биосинтеза.

В 1957 г. был впервые описан химический синтез индолилглицерина из индола [35]. Последний обрабатывали оксалил хлоридом, полученный хлорангидрид индол-3-илглиоксалевой кислоты превраща