Синтез биологически активных N(12)-замещенных цитизинов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ШИШКИН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИНТЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ЛГ(12)-ЗАМЕЩЕПНЫХ ЦИТИЗИНОВ

02.00.0.3 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Уфа - 2009

003465024

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте органической химии Уфимского научного центра РАН

Научный руководитель:

кандидат химических наук, доцент

Банбулатова На ил я Зинуровна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Куковинец Ольга Сергеевна

кандидат химических наук, доцент

Вафина Гузэль Фагимовиа

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимии и катализа РАН

Зашита состоится 20 марта 2009 г. в 14 — часов на заседании диссертационного совета Д 002.004 01 в УРАН Институте органической химии УНЦ РАН по адресу: 450054, Башкортостан, г. Уфа, проспект Октября, 71, зал заседаний Телефакс: (347) 2356066. E-mail: chemorg@anrb.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимского научного центра РАН.

Автореферат разослан «февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

Ф. А. Валеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Алкалоид растительного происхождения (-)-цитизин ((1Д5,5)-1,2,3,4,5,6-гексагидро-] ,5-метано-ш1ридо[1,2-я][1,5]дназоцин-8-он), содержащий в своей структуре 3,7-диазабицикло[3.3.1]нопановый фрагмент, является одним из наиболее доступных в ряду хинолизидиновых алкалоидов. Он содержится в растениях семейства бобовых (1е§иттозаг), родов: люпин (Ырипиь), ракитник (суШих), софора (дар/гога), термопсис (¿/гегою/м;.?), песчаная акация (аттоЛепЛгоп), а также в некоторых растениях семейства маревых (сИепоросИасеае), маковых (рара\>егасеае) и кувшинковых (путрЪагасеае). Цитизин и его производные привлекают внимание исследователей благодаря широкому спектру биологической активности (спазмолитической, инсектицидной, холинэргической, анальгетической), которая обусловлена его высоким сродством к никотнн-ацетилхолиновым нейрорецепторам (пАСЬКз). Цитизин оказывает возбуждающее действие на ганглии вегетативного отдела нервной системы и используется в медицинской практике в качестве дыхательного аналептика, известного под названием «цитптон».

Известны примеры применения цитизина и его производных в качестве хиральных хелатных комплексообразователей при проведении каталитических энантиоселективных реакций.

В связи с этим исследования в области целенаправленного синтеза новых производных цитизина. обладающих биологической активностью, являются актуальной задачей и представляют практический интерес.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ УРАН Института органической химии УНЦ РАН по темам: «Синтез карбо- и гетерополициклических соединений с применением металлокомплексного катализа» (номер государственной регистрации 01.99.000.11835) и «Разработка новых подходов к построению азот- и кислородсодержащих гетероциклических структур» (номер государственной регистрации 0120.0500680) при финансовой поддержке Программ фундаментатьных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» и «Направленный синтез органических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материатов на их основе».

Цель работы. Разработка методов синтеза Л'(12)-зачещенных производных цитизина, содержащих во 2- или 3-положениях алкильного заместителя гидрокси- или аминогруппу. Выявление зависимости строение - антиаритмическая активность в ряду синтезированных Л'( 12)-(гидроксиалкил)цитизинов.

Научная иовизна и практическая значимость. Разработан метод синтеза Л-(2-гидроксиапкил)цитизинов на основе реакции цитизина с а-галоидкетонамн и последующего

восстановления образующихся кетонов гидридами металлов. Установлена абсолютная конфигурация диастереомеров Л'-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]- и Лг-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизина. Показано, что на диастереоселективность реакции восстановления кетогруппы определяющее влияние оказывает природа восстанавливающего реагента. На примере Л'-(2-оксо-2-фенилэтнд)цитнзина установлено, что применение NaBHí или LÍAIH4 приводит к преимущественному образованию диастереомера с Я-кофигурацией, а при использовании (/-BubAlH или AlIh-NMei - с ^-конфигурацией хиралыгого центра С(15). Показано, что присоединение цитизина к активированной С=С связи по Михаэлю является эффективным подходом к синтезу Л'-(З-гидроксиалкил)- и ЛЦЗ-аминоалкил)цитизинов представляющих интерес в качестве биологически активных соединений. На основе взаимодействия эпихлоргидрина с цитизином разработан селективный способ получения 1,3-ди(Л'-1Ц5тизинил)пропан-2-ола.

Установлено, что антиаритмическая активность на хлоридкальциевой модели аритмии возрастает в ряду Л'-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]-, /У-(2-гидроксипропил)-, N-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизинов.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на VIII Молодежной научной школе-конференции по органической химии (Казань, 2005), Международном симпозиуме «Advanced Science in Organic Chemistry» (Украина, Судак, 2006), IV Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2006), VI Всероссийском научном семинаре с молодежной научной школой «Химия и медицина» (Уфа, 2007), X Молодежной конференции по органической химии (Уфа, 2007), XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Молодые ученые в медицине» (Казань, 2008), Международной научно-технической конференции «Китайско-российское сотрудничество. Наука-образование-инновации», (КНР, Харбин-Санья, 2008), научной конференции «Органическая химия для медицины» (Черноголовка, 2008), XI молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи в рекомендованных ВАК журналах и тезисы И докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), обсуждения результатов (глава 2), экспериментальной части (глава 3), выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 129 страницах и включает 3 таблицы, 5 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 140 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность заведующему лабораторией металлоорганического синтеза и катализа ИОХ УНЦ РАН доктору химических наук, профессору В.А. Докичеву за внимание и помощь, оказанные при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Синтез Лг-(2-п1дроксиалк11л)цнтшннов

Недавно нами было показано , что введение 2-гидрокснэтильного заместителя в К(12)-положс11ие цитазина приводит к появлению антиаритмическои активности. Гидрохлорид Лг-(2-гидроксиэтил)цитизина при низкой токсичности (1Л)5о 1500 мг/кг) проявляет выраженную эффективность на аконитиновой и хлоридкальциевой моделях аритмии и имеет большой антиаритмический индекс (отношение летальной дозы к эффективной дозе Ь05(/Е05о) по сравнению с известными антиаритмиками.

С целью синтеза новых производных Лг-(2-гидроксиэтил)цитизииа и изучения зависимости строение - антиаритмическая активность в ряду данных соединений получены А'-(2-гидрокси-2-фенилэтил)- 4, А'-(2-шдроксипролил)- 7а и Лг-[2-(1-адамаЕгтл)-2-гидрокси-этил]цитизины 7Ь. Указанные аминоспирты синтезированы восстановлением замещенных № (2-оксоэтил)цитизинов, полученных в результате реакции цитизина 1 с а-бромкетонами.

Так, при кипячении цитизина 1 с бромацетофеноном 2 в безводном ацетоне в присутствии К2СО3 в течение 1 ч получен Аг-(2-оксо-2-фенилэтил)цитизин 3 с количественным выходом.

При восстановлении кетона 3 КаВ1 [4 в метаноле или в изопропаноле в течение 1 ч при 20°С образуется с количественным выходом аминоспирт 4 в виде смеси (К)- и (5)-диастереомеров в соотношении 1 : 1. В этих условиях не наблюдается влияния хирального цитизинового фрагмента в молекуле кетона 3 иа сгереоселективность превращения карбонильной группы в спиртовую.

С целью создания селективного способа получения стереоизомеров и установления влияния природы восстановителя на стереоселективность реакции изучено взаимодействие Лг-(2-оксо-2-фенилэтил)цнтизина 3 с гидридами металлов (ЫаВН^ 1лА1Н4, (¿-Ви^АЩ и А1Нз-ЫМез в присутствии различных добавок (табл. 1).

При восстановлении кетона 3 МаВН4 в присутствии СсС1з«71ЬО в изопропаноле при 20°С в течение 1 ч реакция протекает количественно и происходит преимущественное образование аминоспирта (й)-4, имеющего ^-конфигурацию хирального центра С(15) (соотношение (й)-4 : (5)-4 = 1.9 : 1). При использовании в качестве растворителя МеОН,

' Патент РФ 2228179; Еюл, Изобрит., 2004,13.

ЕЮН, ЕЮН - Н20 или ¡-РгОН - Н2О соотношение диастереомеров (Л)-4 и (Л')-4 составляет 1:1.

Схема 1

ын

О 1

II к2со3

+ ВгН2СГ^Р)1 ацетон '

(Ю-4, [б£-225°

(5)-4, [б]™ -190°

(Я)-4 : (й)-4 = 1 : 1

Применение КЬСЬЧПгО и Кс1С'Ь не оказывает влияния на стереоселективность процесса и приводит к уменьшению общего выхода диастереомеров до 53 и 75 % соответственно.

Восстановление кетона 3 при 2-х кратном мольном избытке Е^Ы к ИаВНд приводит к образованию с количественным выходом смеси диастереомеров Л-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизина (Я)-4 и (5)-4 в соотношении 1.9 : 1. Необходимо отметить, что при 4-х кратном мольном избытке триэтиламина соотношение диастереомеров составляет 1:1.

Изучение влияния температуры реакции при использовании 1лА1Н4 показало, что избыток диастереомера (Д)-4 ((Л)-4 : (5)-4 = 1.9 : 1) наблюдается при 0°С. Дальнейшее понижение температуры до -78°С не влияет на стереоселективность и общий выход продуктов реакции.

Установлено, что восстановление А'-(2-оксо-2-феннлэтил)цитизина 3 системой 1лА1Н4-(-)-ментол (мольное соотношение 1 : 1), хорошо зарекомендовавшей себя при стереоселективном восстановлении ,6-аминокетонов, протекает с низким выходом и не оказывает значительного влияния на стереоселективность процесса. Увеличение содержания (-)-ментола до 3-х кратного мольного избытка по отношению к 1лА1Н4 приводит к дезактивации восстановителя и образование спиртов не наблюдается. Из реакционной массы был выделен только кетон 3.

Необходимо отметить, что в отличие от 1МаВН4 и 1ЛА1Н4 использование в качестве восстановителя (<-Ви)2А1Н, реагента Ямамото ((/-Ви^АШ-ионол) или А1Нз«ММез приводит к

Таблица 1.

Влияние условий реакции и природы восстановителя на выход диастереомеров (К)-4 и (5)-4

Мольное Растворитель Темпе- Время, Общий Соотношение

Восстановитель соотно- (объёмное ратура, ч выход, (/0-4: (5К

шение соотношение) %

3:гидрид

металла

ЫаВН4 КаВНд-СеС1з*7Н;0*

№ВН<,-ШС1, КаВН,-И1С1,-4Н20

№ВН|-В3М*

ЦА1Н4

иА1Н4-(-)-ментол

(1 1)

(I 2)

(1 3)

(4 1)

(/-ВиЬАШ

(1 : 1.25) А1Н3- ^1е3*

1 :2 1 :2

1 :2

1 :2 1 :2

(/-Ви)2А!Н- НО^У

МеОН (-РгОН

МеОН (-РгОН ЕЮН-НгО

(23) 1-Рг0Н-Н20 (35:1)

/-РгОН (-РгОН

20 20

20 20 20

20

20 20

99 98

95 98 98

75

75 53

1 : 1 1 : 1

1: 1 1.9:1 1 : 1

1:1

1:1 1:1

1: 1.25 /-РгОН 20 4 95 1.5 : 1

1 : 1.25 [-РгОН 20 4 99 1.9:1

1 : 1.25 /-РЮН 20 4 99 1:1

1 : 1.25 ¿-РгОН 20 4 99 1 :1

1 :2 СН,С1, 20 2 55 1.2:1

1 :2 СН,С12 0 2 99 1.9:1

1 :2 СН2С12 -15 2 95 1.9: 1

1 :2 СН,С12 -30 2 99 1.9: 1

1:2 СН2С12 -78 2 99 1.9:1

1 :2 СН,С12 0 2 44 1.2: 1

1: I СН2С12 0 2 0 -

1 :2 СН2СЬ 0 2 0 -

1 :2 СН2С12 0 2 80 1 :1

1 :3 СН2С12 0 2 70 1 :1

1 :8 СН2С12 0 2 99 1 :1.2

1:8 СН2С12 -78 2 70 1 :2.3

2: 1 ед 20 2 95 1:1.2

* Применялся обратный порядок прибавления реагентов: восстановитель к кетону 3.

преимущественному образованию диастереомера (5")-4, имеющего ^-конфигурацию хнрачыюго центра С(15). Так, при 8-ми кратном мольном избытке (г-Ви)гА1Н образуется с количественным выходом смесь диастереомеров (Л)-4 и (.5")-4 в соотношении 1 : 1.2 соответственно. Восстановление соединения 3 (/-Ви^АШ в присутствии ионола в

соотношении 3 : (/-Ви)2А1Н : ионол = 1 : 8 : 10 в С\ЬС1; при -78°С дает аминоспирты (Л)-4 и (5)-4 в соотношении 1 : 2.3 с общим выходом 70%. Комплекс А1Нз«ММез превращает кетон 3 в аминоспирты (й)-4 и (5)-4 при 20°С в бензоле с выходом 95% ((й)-4 : (Л')-4 = 1 : 1.2). Ни в одном из проведенных экспериментов не наблюдалось восстановления амидной группы пиридонового кольца Л'-(2-оксо-2-фенилэт1ш)цитизина 3.

Структура диастерсомеров (К)-4 и (5)-4 подтверждена данными ЯМР 'н и 13С с использованием гомо- и гетероядерных двумерных спектров ЯМР НН-С08У и СН-СОЯК.. Соотношение диастереомеров (й)-4 и (5)-4 в реакционной массе определяли по соотношению площадей сигналов метановых протонов при атоме С(15), которые проявляются в спектре ЯМР 'Н в виде дублета дублетов при 5н 4.61 и 4.55 м.д. соответственно (рис. 1).

ЙЙ Ш §11181

I.

7.5 7.0 Ь. 5 Й.и 5. Ь 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 ррт

Рис. 1. Спектр ЯМР 'Н (7Я,95,155)-Лг-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизина (5)-4 в СОСк

Для установления абсолютной конфигурации изомеров А'-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизина 4, смесь диастереомеров (7?)-4 и (5)-4 разделили на индивидуальные соединения с помощью препаративной ВЭЖХ. Абсолютная конфигурация хиралыюго центра С(15) для диастереомера (/?)-4 установлена на основании данных рентгеноструктурного анализа (рис. 2).

С учетом экспериментальных погрешностей, связи и валентные углы цитизинового фрагмента соединения (Д)-4 незначительно отклоняются от литературных данных,

приведенных для цнтизина и его производных. Цитизиновый фрагмент принимает конформацию кресло-кресло с экваториальным расположением заместителя при атоме азота

Рис. 2. Строение молекулы (7/?, 95,15Д)-Лг-(2-пгдрокси-2-феш1лэтил)цитиз1ша (й)-4 по данным РСА.

С целью получения новых производных цнтизина и изучения влияния природы заместителя на стереоселективность восстановления аминокетонов синтезированы N-(2-гидроксипропил)- 7а и Л,-[2-(1-адамаитил)-2-гндроксиэтил]цигизнны 7Ь. Синтез указанных соединений осуществлен, как и в случае Л-(2-гидроксн-2-фенилэтил)цитизинаЗ, в результате реакции цнтизина 1 с а-бромкетонами 5а,I) и восстановлением образующихся N-(2-оксоалкил)цитизинов 6а,Ь.

Взаимодействие Л-(2-оксопропил)цитизина ба с ЫаВШ в изопропаноле в течение 1 ч при 20°С приводит к образованию с количественным выходом смеси диастереомеров (Я)-7а и (5)-7а в соотношении 1 : 1. В аналогичных условиях восстановление Л'-[2-(]-адамантил)-2-оксоэтил]цитнзш1а 6Ь, содержащего объёмный адамантпльный заместитель, КаВН4 приводит к незначительному изменению стереоселективности реакции и дает с 20% диастереомерным избытком изомер (^-7Ь, имеющего ¿»"-конфигурацию хирального центра

N(12).

02

С(15).

Восстановление кетона 6b реагентом Ямамото ((¡-Ви^АШ-ионол), в условиях подобранных для А'-(2-оксо-2-фенилэтил)цитизина 3, приводит к увеличению стереоселективности реакции. Аминоспирты (Й)-7Ь и (S>7b образуются с обищм выходом 72% и в соотношении 1 : 3.5. Соотношение диастереомеров (R)-7b и (50-7Ь определяли по соотношению площадей сигналов экдо-протонов при атоме С(10), которые проявляются в спектре ЯМР 'Н в виде дублетов при 8н 4.04 и 4.12 м.д соответственно.

Конфигурация хнрального центра С(15) в диастереомерах (/?)-7Ь и (5)-7Ь установлена на основании данных рентгеноструктурного анализа Лг-[2-(1-адамантил)-2-ацетокси этил]цитюина (Й)-8Ь, который выделили с помощью ВЭЖХ из смеси ацетилированных аминоспиртов (R)-8b и (5')-8Ь (рис.3). Ацетаты (R)-8b и (5')-8Ь получены с количественным выходом при кипячении смеси аминоспиртов (Й)-7Ь и (5)-7Ь с уксусным ангидридом в среде уксусной кислоты в течение 5 ч.

В результате щелочного гидролиза ацетатов (iî)-8b или (5)-8Ь под действием КОН в МеОН при 20°С получены в индивидуальном виде (7R,9S, 15Я)-А-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]цитизин (Д)-7Ь и (7Д95,155)-Л'-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]цитизин (S)-7b с количественным выходом.

Общее представление о строении молекулы _/У-[2-(1-адамантил)-2-ацетокси-этил]цитизииа (Д)-8Ь в кристаллической фазе дает рис. 3.

Согласно данным РСА А'-[2-(1-адамантил)-2-ацетоксиэтил]цитизин (Л)-8Ь содержит в своей структуре одну молекулу воды, несмотря на то, что после перекристаллизации из

смеси МеОН : Н20 (объемное соотношение 3:1) соединение (Л)-8Ь сушили при 70 "С в вакууме (1 мм. рт. ст.) в течении 2 ч. В кристаллической структуре (Й)-8Ь реализуется внут-

Схема 3

" (Й)-7Ь

+

н ОН

N X

V

о

АсО/АсОН

+

КОН МеОН

(Л)-7Ь,[а]в-153°

(5)-7Ь, [а]ц -99°

римолекулярная водородная связь молекулы воды с карбонильной группой пиридонового кольца (длина связи 2.855(2) А, О-Н = 0.96, С=0-Н = 1.91(3) А, О-Н-ОС = 169(3)" и ацетильным фрагментом молекулы (длина связи 2.872(2) А, О-Н = 0.78(3), СЮ-Н = 2.11(3) А,0-Н-0=С= 165(3)°).

Структура синтезированных соединений подтверждена данными ЯМР 'Н и |3С с использованием гомо- и гетероядерных двумерных спектров ЯМР НН-СОБУ и СН-СОГ<Я Так, например, для соединений (Д)-7Ъ, (5')-7Ь, (Л)-8Ь, (5)-8Ь на основании мультиплетности и величины химических сдвигов сигналов в спектрах ЯМР '"*С однозначно определяются магнитно-экривалентные атомы С(17), С(23) и С(24) адамантильного фрагмента и атомы С(2), С(3), С(4), С(5) и С(6) пнрндонового цикла, которые проявляются в области 5С 104-166 м.д.

Более сложным представляется отнесение сигналов неэквивалентных циклических метиленовых протонов Н(10), Н(11) и Н(13), на положение которых в спектрах ЯМР 'Н значительное влияние может оказывать наличие конформационного равновесия (кресло-кресло, кресло-ванна) в растворах. Их отнесение провели в результате анализа констант

Рис. 3. Строение молекулы (7/?, 95,15/?)-ЛГ-[2-(1-адамантил)-2-ацетоксиэтил]цитизина (Н)-НЬ по данным РСА.

' 1

11 13 <4 10 II ■

» 1 • • •

0

<

1

Рис.4. Двумерный спектр СНСОКК (7Я95.155)-Л'-|2-() -адамантил)-2-ацетоксиэтил]цитизина (5>-8Ь в С ОСЬ.

спин-спинового взаимодействия. Например, для соединения (5)-8Ь спин-спиновое расщепление протона Н( 11) с2и ~ 11.1 и 9= 1.9 Гц позволяет однозначно говорить о его нахождении в эк?о-положении Во всех случаях для полученных соединений (Я)-4, (5)-4, (/?)-7Ь, (5)-7Ь, (Д)-8Ь, (5>8Ь эндо-протоны как при С(11), С( 13), так и при С(10) проявляются в слабом поле по сравнению с эк?о-протонамн. В спектре ЯМР 'Н метановый протон при атоме углерода С( 15) в изомере (5')-8Ь проявляется в виде триплета при §н 4 48 м д., а в (К)-8Ь в виде дублета дублетов при 5Н 4.56 м.д.

Синтез других Л,-(2-п1дроксиалкил)цитизинов реализовали путем взаимодействия цитизина с эпихлоргидрином. Так, кипячение цитизина с 2-х кратным мольным избытком эпнхлоргидрина в течение 2 ч в МеОН проходит с раскрытием эпоксидного цикла и приводит с общим выходом 86% к селективному образованию М-(2-гидрокси-3-хлорпропил)щп'изина 9 в виде смеси диастереомеров (Д)-9 и (5)-9 в соотношении 1:13. В выбранных условиях при взаимодействии эпнхлоргидрина с двукратным мольным избытком цитизина реакция протекает как с раскрытием оксиранового кольца, так и с нуклеофильным замещением атома хлора, давая смесь диастереомеров (Я)-9, (£)-9 и 1,3-ди(Л'-цитизинил)пропан-2-ола 10 с выходами 86% и 14% соответственно. При использовании в качестве растворителя Ме0Н-Н20 (объемное соотношение 3 : 2), взаимодействие цитизина с эпихлоргидрином приводит к селективному образованию соединения 10 с выходом 65%.

Следует отметить, что в выбранных нами условиях не наблюдается образование продуктов, содержащих эпоксидное кольцо.

Схема 4

я: МеОН, мольное соотношение I : «тихлоргндрин »1:7;

Ь: МеОН - Н:0 (объемное соотношение 3 ; 2), мольное соотношение 1 : чпи\-шргилрнн »2:1

При кипячении смеси диастереомеров (/?)-9 и (5)-9 с 15%-ным водным раствором КОН в МеОН получена смесь изомеров ЛЦ2-гидрокси-3-метоксипропил)цитизина (К)-II и (5)-11 с общим выходом 80%.

(«>-9 +(5>9

КОН

Ме0Н-Н20 80%

ОСИ,

он

Схема 5

осн,

(Д)-11 О (Л>11

Образование мстоксипроизводных (Л)-11 и (5)-11 может протекать как через нуклеофильное замещение атома хлора, так и через раскрытие оксиранового интермедиата.

Соотношение диастереомеров 9 и 11 определяли по соотношению площадей сигналов экдо-протонов при атоме С( 10), которые проявляются в спектре ЯМР 'Н в виде дублетов при 5н 4.03 и 4.06 м.д. для соединений (/?)-9, (5)-9 и при 5н 4.05 и 4.08 м.д. для соединений (/?)-11, (Я)-! 1.

2. Синтез Лг-(3-п1дроксиалк11л)цит1пинов

В основу двухстадийного синтеза Л'-(З-гидроксипропил)- и А'-(3-гидроксибутил)цитизинов, содержащих гидроксигруппу в 3-положении алкильного заместителя, положена реакция Михаэля цптизина 1 с метиловым эфиром акриловой кислоты и винилметилкетоном.

Так, реакция Михаэля цптизина 1 с метилакрилатом в МеОН при 20°С в течение 48 ч приводит к образованию метилового эфира 3-(л/-шгпш1пил)прогшоновой кислоты 12 с выходом 95%. При восстановлении эфира аминокислоты 12 Ь1А1Н4 в СНгСЬ при 25°С в течение 2 ч образуется Лг-(3-гидроксипропил)цитизин 13 с выходом 90%

Схема 6

Взаимодействие цптизина с винилметилкетоном в аналогичных условиях дает с количественным выходом Л'-(3-оксобутнл)цитизин 14, восстановление которого ЫаВН4 в метаноле или изопропаиоле при 20°С приводит к образованию с выходом 95% смеси двух диастереомеров ЛЧЗ-гидроксибутил)цитизина (Л)-15 и (5)-15 в соотношении 1:1. Соотношение диастереомеров (/?)-! 5 и (5")-15 определяли по соотношешпо площадей сигналов протонов метнльных групп, которые проявляются в спектре ЯМР 'н в виде дублетов при 8Н 0.94 и 0.97 м.д.

Необходимо отметить, что согласно данным ЯМР 'Н спектральные характеристики цитизинового фрагмента АЧЗ-гидроксипропил)цитизина 13 не претерпевают существенных

Схема 7

О

МеОН

О 98% О

О 1 О

ЫаВН4

ИОН 95%

ОН ОН

О

(ЯН 5

О

изменений. Метиленовые нротопы гндроксипропильной группы в соединении 13 являются магнитно-неэквивалентными и в спектрах ЯМР 'Н проявляются в виде сложных сигналов сильносвязанных спиновых систем. Вероятно, это обусловлено инверсией атома N(12) в цикле, что подтверждается изменением спектральной картины при замене растворителя и температурными экспериментами.

3. Синтез /У-(2-амнноэтш1)- и Л-(3-ам11110пропил)ц||тизина

Полиметиленамины являются распространёнными природными соединениями, продуцируемыми морскими организмами (губками, диатомовыми водорослями), обладают высокой биологической активносгью и применяются при создании противотуберкулёзных, имуннодепресивных, антмпролиферативиых препаратов.

С целью получения новых биологически активных сединений, содержащих 1,2-этнлен- или 1,3-пропилендиаминовый фрагмент, нами синтезированы цит1гзинил)этанамид 17, 3-(Л'-цитизнш1л)пропанамид 19, N-(2-^111103^111)- 18 и А-(3-аминопропил)цит1Г!шгы 20.

При кипячении цитичина с метиловым эфиром монобромуксусной кислоты в безводном ацетоне в течение 2 ч в присутствии К2СО3 получен метиловый эфир Ы-цитизинилуксусной кислоты 16 с выходом 82%.

Обработка эфира аминокислоты 16 28%-ным водным раствором 1ЧН4ОН в присутствии N^0 при 20-22°С в течение 4 ч приводит к образованию 2-(№-цнтгоинил)этянамнда 17 с выходом 80%. Восстановление амида 17 двенадцагякратным мольным избытком (/-ВиЪАШ при кипячении в СН2С12 в течение 2 ч дает /У-(2-аминоэтшг)-

цитизин 18 с выходом 15%.

Для получения (З-аминопропил)цитизина использовали метиловый эфир З-С/У-цитинизил)проттоновой кислоты 12, взаимодействие которого с водным аммиаком в присутствии >)Н4С1 дает 3-(уУ-цитизинил)пропанамид 19 с выходом 80%.

Схема 9

О

.С02Ме

ЫН4ОН

Ш4С1 20°С, 2 ч

[Н]

СН2С12

19, «0%

19 : (¡-ВиЪАШ время реакции, ч выход 20, %

I : 10

1: 12

19: 1лАШ4 1 : 10

48

90 98

40

В отличие от соединения 18, восстановление амида 19 ((-Ви)2А1Н в аналогичных условиях приводит к образованию Л/-(3-аминопропил)цитизина 20 с количественным

выходом. Уменьшение мольного соотношения (;-Ви)2А1Н : амид до десятикратного снижает выход целевого амина 20 до 90%.

При использовании в качестве восстановителя 1лА1Н4 (кипячение в СН2О2 в течение 48 ч) выход амина 20 не превышает 40%.

Структура синтезированных соединений установлена на основании спектров ЯМР *Н и 13С с использованием гомо- и гетероядерных двумерных спектров ЯМР НН-СОвУ, СН-ССЖК.

4. Исследование биологической активности синтезированных соединений

Экспериментальные исследования на все известные виды биологической активности нового химического соединения провести практически невозможно. В связи с этим, представляет интерес исследование физиологической активности синтезированных веществ с использованием новых технологий компьютерного прогнозирования, в частности компьютерной системы РАйй. Данная система была разработана в НИИБМХ РАМН и позволяет на основе структурной формулы химического соединения прогнозировать более 700 фармакологических эффектов и механизмов действия.

Проведенные расчеты с помощью компьютерной системы РАБ5 показали, что синтезированные соединения 4, 7а,Ь, 9, 13, 15, 18 и 20 могут проявлять антиаритмическую, анальгетическую и нейропротекторную активности.

Токсико-фармакологические свойства синтезированных соединений исследовались в лаборатории новых лекарственных средств Института органической химии УНЦ РАН. Для проведения первичного скрининга на антиаритмическую и анальгетическую активности использовали гидрохлориды Л-(2-гидрокси-2-фенилэтил)цитизина 4 (соотношение диа-стереомеров 1 : 1), /У-(2-гидрокснпропнл)цитязина 7а (соотношение дпастереомеров 1 : 1), [2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]цитизина 7Ь (соотношение дпастереомеров (Д)-7Ь : (5)-7Ь = 1 : 1.5), АГ-(3-гидроксибутил)цитшина 15 (соотношение дпастереомеров 1 : 1), Л'-(2-тдрокся-3-хлорпрошш)цитнзина 9 (соотношение дпастереомеров 1 : 1.3), 7У-(2-амино-этил)цитизина 18 и Л7-(3-аминопропил)цитизина 20.

Острую токсичность изучали на беспородных мышах массой 25-30 г при однократном внутрибрюшинном или внутривенном введении бодрствующим мышам по методу Лигчфилда-Уилкоксона. Антиаритмическую активность изучали на двух моделях аритмий, вызванных внутривенным введением аконитина (50 мкг/кг) или хлорида кальция (250 мг/кг) беспородным крысам массой 160-200 г. В качестве препарата сравнения использовали аллапннип.

В результате проведенных исследований установлено, что гидрохлориды Л'-(2-гидрокси-2-фешшэтил)- 4, Л'-(2-гидроксипропил)- 7а и Л'-[2-( 1 -адамантил)-2-гидроксиэтил]цитизинов 7Ь проявляют антиаритмическую активность на хлоридкальциевой модели в дозах 0.40, 0.47 и 0.45 мг/кг (ЕО30) соответственно, оказывая защитный эффект в результате предотвращения летальной фибрилляции желудочков. Величина 1ЛЭ<а для гидрохлоридов Л'-(2-гидроксн-2-фснилэтил)- 4, Л-(2-гидроксипрош!л)- 7а и Л'-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]цитизинов 7Ь при внутривенном введении составляет 98.0, 86.4 и 70.7 мг/кг, а антиаритмический индекс (ЬС>5п/НЕ)5о) 245, 184 и 157 соответственно.

Таблица 2.

Антиаритмическая активность гидрохлоридов синтезированных соединений 4,7а, 7Ь

Гидрохлорид ьо50* ЬО50** Антиаритмический эффект ЕВ5о мг/кг, модель Антиаритмический индекс ЬО50/ЕО50, модель

соединения мг/кг мг/кг

СаС12 аконитин СаС12 аконитин

н сг Р N °Н 98.0 306 0.40 0.52 245 188

11 4 О

Н С1"

Р N 0Н О 7а 86.4 270 0.47 184

11 сГ 1 N X Т ?ь 70.7 221 0.45 0.46 157 154

Аллапинин 6.0 18.7 0.32 0.07 19 86

* Внутривенное введение.

** Внутрибрюшинное введение.

На аконитиновой модели аритмии смешанного предсердно-желудочкового типа гидрохлориды ,\'-(2-п1дрокси-2-фенилэтил)- 4 и Л^-[2-(1-адамантил)-2-гидрокси-этил]цитизинов 7Ь проявляют антиаритмическое действие при внутривенном введении в дозах 0.46 и 0.52 мг/кг, сокращая время продолжительности нарушений сердечного ритма в 2

раза по сравнению с контролем (табл. 2). Антиаритмичсский индекс их равен 188 и 154 соответственно.

Следует отметить, что гидрохлорид Лг-(2-гидроксипрогшл)цнтнзина 7а не проявляет антиаритмической активности на аконитшговой модели. Гидрохлориды iV-(2-rHflpoKcn-3-хлорпропил)- 9, /У-(З-гидрокснпропил)- 13, ЛЧЗ-гидроксибутил)- 15, Л'-(2-аминоэтил)- 18 и jV-(3-aMHH0iip0muj)mmr3iih0b 20 не проявляют антиаритмической активности на аконитиновой и хлоридкальциевой моделях аритмии.

Исследование анальгетической активности синтезированных соединений проводилось на модели химического болевого раздражения на бсспородпых мышах. Устаноатено, что гидрохлориды Щ2-(]-адамантил)-2-гидроксиэтил]- 7Ь, Лг-(2-1идрокси-3-хлорпропил)цити-зинов 9 в дозе 2 мг/кг и гидрохлорид Д'-(2-гидрокси-2-фе1шлзтил)цитизииа 4 в дозе 5 мг/кг обладают анальгетической активностью сравнимой с действием препарата сравнения -кетанов в дозе 2 мг/кг (табл. 3).

Таблица 3.

Анальгетическая активность гидрохлоридов синтезированных соединений 9,7Ь, 4, 7а, 13*

Н С]' 03'- О R

-СН2-СН-СН2С 1 он 9 -CH,-CH-Ad " 1 ОН 7Ь -СН2-СН— Ph ОН 4 —СН2-СН-Ме ОН 7а -СН2-СН2-СН2ОН 13

LD50**, мг/кг 302 221 306 270 378

доза, мг/кг 2 30 2 22 2 5 2 27 2

снижение болевой реакции, % 56 2 51 21 35 50.4 43 40 22

* Препарат сравнения кетанов: доза 2 мг/кг, снижение болевой реакции 58%.

** Внутрибрюшннное введение.

Таким образом, среди синтезированных соединений выявлены вещества N-(2-гидрокси-2-фенилэтил)- 4, ЛЧ2-шдроксипропил)- 7а, Дг-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]-7Ь, Л/-(2-гидрокси-3-хлорпропил)цитизины 9, обладающие высокой антиарнтмической и анальгетической активностью.

ВЫВОДЫ

1. Разработан двухстздийный метод синтеза Лг-(2-гидроксиалкил)цитизинов на основе реакции цитизина с а-галоидкетонами и последующего восстановления образующихся кетонов. Показано, что на диастереоселективность реакции определяющее влияние оказывает природа восстанавливающего реагента.

2. На примере Л'-(2-оксо-2-фенилэтил)щггизина исследовано восстановление кето-группы гидридами металлов. Установлено, что применение КаВН^ или [.¡АШд приводит к преимущественному образованию диастереомера с /?-кофигурацией, а при использовании (Ви')2А1Н или А1Нз-МезЫ - с ^-конфигурацией атома С(15).

3. Показано, что присоединение цитизина к активированной С=С связи является эффективным подходом к синтезу Л-(З-гидроксиалкил)- и ЛЦЗ-аминоалкил)-цитизинов представляющих интерес в качестве биологически активных соединений.

4. На основе взаимодействия эпихлоргидрина с цитизином разработаны способы получения 1,3-ди(Лг-цитизи1Шл)пропан-2-ола и Л'-(2-гидрокси-3-хлорпропил)цитизина.

5. Среди синтезированных соединений выявлены вещества с высокой антиаритмической активностью, возрастающей в ряду Лг-[2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил]-, /\'-(2-гидроксипропил)-, Л'-(2-гидрокси-2-феншптил)шпи>,шюи на хлоридкальциевой модели аритмии.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Шишкин Д.В., Шаймуратова А.Р., Лобов А.Н., Байбулатова Н.З., Спирихин Л.В., ГОнусов М.С., Макара Н.С., Басченко Н.Ж., Докичев В.А. Синтез и биологическая активность производных ЛЧ2-П!дрокси-этил)цитизина. // Химия природ, соединений. - 2007. - Т.43. -№2.-С. 157-162.

2. Шишкин Д.В., Мухамедьярова Э.Р., Байбулатова Н.Э., Докичев В.А., Томилов Ю.В. Синтез и структура диастереомеров Л,-(2-(1-адамантил)-2-гидроксиэтил)цитизина. // Химия природ, соединений. - 2007. - Т.43. - №3. - С.244-247.

3. Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З., Юнусов М.С., Докичев В.А. Синтез Л-замещенных цитизинов. // Вестник Башкирского университета. - 2007. - Т.12. - №2. - С.15-17.

4. Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З. Синтез vV-замещениых производных цигизина. // Тез. докл. VIII молодежной научной школы-конференции по органической химии. Казань. -2005. - С.425.

5. Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З., Шаймуратова Э.Р., Ханнанов Б.В., Докичев В.А. Синтез производных ЛГ-(2-гидроксиэтил)цитизина. /У Book of Abstracts the International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry (ACOS-2006). Sudak, Crimea. - 2006. - P.194.

6. Лобов A.H., Спирпхин Л.В., Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З. Синтез некоторых производных ,У-(2-адамантил-1-этил)цитизина и установление структуры методом ЯМР спектроскопии. // Тез. докл. IV всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ». Сыктывкар. - 2006. - С. 113.

7. Шишкин Д.В., Лобов А.Н., Байбулатова Н.З., Макара Н.С., Басченко Н.Ж., Спирихин Л.В. Синтез и антиаритмическая активность 7^-(3-гидроксипропил)цитизина. // Тез. докл. VI Всероссийского научного семинара с молодежной научной школой «Химия и медицина». Уфа. - 2007. - С.261.

8. Шишкин Д.В., Лобов А.Н., Байбулатова Н.З., Власова Н.М. Синтез iV-замещенных цитизинов. // Тез. докл. Xмолодежной конференции по органической химии. Уфа. - 2007. -С.322.

9. Шишкин Д.В., Подгорная Ю.А., Лобов А.Н., Макара Н.С., Байбулатова Н.З. Синтез и антиаритмическая активность Л'-(2-гидроксиэтил)- и ЛЧЗ-гидроксипропилЭцитизинов. // Тез. докл. XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Молодые ученые в медицине». Казань. - 2008. - С.219-220.

Ю.Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З. Синтез Л'(12)-(3-гидроксиалкил)цитизинов и их антиаритмическая активность. // Тез. докл. международной научно-технической

конференции «Китайско-российское сотрудничество. Наука-образование-инновации». КНР, Харбин-Санья. - 2008. - С.39.

11. Подгорная Ю.А., Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З., Сафарова В.Г. Синтез Аг(12)-(3-аминопропил)цитгаина. // Тез. докл. международной научно-технической конференции «Китайско-российское сотрудничество. Наука-образование-инновации». КНР, Харбин-Санья. - 2008. - С.63.

12. Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З. Синтез уУ(12)-(2-амнноэтил)- и А'(12)-(3-аминопропил)цитизпнов. // Тез. докл. научной конференции «Органическая химия для медицины». Черноголовка. - 2008. - С.299-300.

13. Шишкин Д.В., Байбулатова Н.З., Хисамутдинова Р.Ю., Макара Н.С., Басченко Н.Ж., Зарудий Ф.А. Синтез Л'-(12)-(3-гидроксиалиш)цитизинов и их антиаритмическая активность. // Тез. докл. XI молодежной конференции по органической химии. Екатеринбург. - 2008. - С.565-567.

14. Лобов А.Н., Шишкин Д.В., Спирихин Л.В. Спектры и установление структуры Л-замещенных цитизинов содержащих хиральный центр в заместителе. // Тез. докл. XI молодежной конференции по органической химии. Екатеринбург. - 2008. - С.420-423.

Соискатель

Д.В. Шишкин

Отпечатано в типографии ГОУ ВПО «Башгосмедуниверситет РОСЗРАВА» Лицензия ЖИ77 от 10.06.96 г. Подписано в печать 17.02.2009 г Тираж 150 экз. Заказ №440. 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3