Циклофосфиты и -амидофосфиты в синтезе амидофосфатных глицерофосфолипидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. СОЕДИНЕНИЯ ТРЁХВАЛЕНТНОГО ФОСФОРА И ФОСФО-ЦИКЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СИНТЕЗЕ АМИДО-ФОСФАТНЫХ ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ И РОДСТВЕННЫХ ФОСФОЛИПИДОВ (Литературный обзор).

2.1. Синтезы амидофосфатных глицерофосфолипидов и родственных фосфолипидов, содержащих «экзофосфамидную» функцию.

2.1.1. Синтезы на основе ациклических фосфорсодержащих соединений.

2.1.1.1. Использование амидофосфитов.:.

2.1.1.2. Использование гидрофосфорильных соединений.

2.1.2. Синтезы на основе фосфоциклических соединений.

2.1.2.1. Использование циклофосфитов.

2.1.2.2. Использование циклоамидофосфитов.

2.1.2.3. Использование циклоамидофосфатов.

2.1.2.4. Использование циклодиамидофосфатов.

2.2. Синтезы амидофосфатных глицерофосфолипидов и родственных фосфолипидов, содержащих «эндофосфамидную» функцию.

3. ЦИКЛОФОСФИТЫ И -АМИДОФОСФИТЫ В СИНТЕЗЕ ФОСФ-АМИДНЫХ ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ (Обсуждение результатов).

3.1. Использование глицеро-0,ТЧ- и 0,0-фосфоцикланов в синтезе амидофосфатных глицерофосфолипидов.

3.1.1. Использование глицеро -0,К-фосфоцикланов.

3.1.1.1. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галогенами.

3.1.1.2. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с хлораминами.

3.1.1.3. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галоидамидами.

3 .1.1.4. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галоидалкилами.

3.1.2. Использование глицеро-0,0-фосфоцикланов.

3.1.2.1. Синтезы с использованием реакции 2-(1,2-0-изопропилиден-глицеро-3)-1,3,2-диоксафосфолана с галоидамидами.

3.1.2.2. Синтезы с использованием 2-(1,2-0-изопропилиденглицеро-3) -4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфолана.

3.1.2.2.1. Синтезы с использованием реакции 2-(1,2-0-изопропилиден-глицеро-3)-4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфолана с галоидами-нами и -алкилами.

3.1.2.2.2. Синтезы с использованием окисленных форм 2-(1,2-0-изо-пропилиденглицеро-3)-4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфолана

3.1.2.2.3. Получение 2-хлор-4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфолана и 2-оксо

-2-хлор-4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфолана.

3.2. Использование простейших амидов и эфиров 0,]М- и 0,0-фосфоцикланов в синтезе амидофосфатных глицерофосфолипидов.

3.2.1. Использование амидов и эфиров 0,К-фосфоцикланов.

3.2.2. Использование амидов и эфиров 0,0-фосфоцикланов.

4. ЦИКЛОФОСФИТЫ И -АМИДОФОСФИТЫ В СИНТЕЗЕ ФОСФ

АМИДНЫХ ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ (Экспериментальная асть).

4.1. Использование глицеро-0,Ы- и 0,<Э-фосфоцикланов в синтезе амидофосфатых глицерофосфолипидов.

4.1.1. Использование глицеро -0,К-фосфоцикланов.

4.1.1.1. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галогенами.

4.1.1.2. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с хлораминами.

4.1.1.3. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галоидамидами.

4.1.1.4. Синтезы с использованием реакции циклоамидофосфитов с галоидалкилами.,.

4.1.2. Использование глицеро-0,0-фосфоцикланов.

4.2. Использование простейших амидов и эфиров и 0,0-фосфо-цикланов в синтезе амидофосфатных гл ицерофосфолипидов.

4.2.1. Использование глицеро-0,1Ч-фосфоцикланов.

4.2.2. Использование глицеро-0,0-фосфоцикланов.

5. ВЫВОДЫ.

Природные глицерофосфолипиды (ГФЛ) и их синтетические аналоги входят в число важнейших объектов фундаментальных исследований физико-химической биологии, а также некоторых современных разделов медицины и техники. Этот факт связан с важной биологической ролью таких природных соединений. Так, ГФЛ являются основными компонентами биологических мембран и в значительной степени определяют структурные и функциональные особенности последних [1-3]. Они участвуют в переносе веществ и ионов через мембрану [4-7], в слиянии мембран и трансмембранной передаче клеточной информации [8, 9]. В последние три десятилетия широко обсуждается роль липидов как регуляторов и медиаторов, которые участвуют практически во всех важнейших физиологических процессах (иммунный ответ, передача ней-рональной информации, регуляция сосудистого и мышечного тонуса, гемостаз, воспаление и т.д.) [10-21].

ГФЛ находят широкое применение для поиска и создания новых эффективных лекарственных и диагностических препаратов, для исследования биофизических свойств бислойных мембран и механизмов взаимодействия белков и липидов в мембранах, решения важных вопросов энзимологии. В настоящее время они используются в биотехнологии для получения высококачественных субстратов, биоматериалов, пищевых и косметических продуктов. В связи с важной биологической ролью ГФЛ и их возрастающим техническим значением синтезу этих соединений уделяется значительное внимание [21-39].

В последние годы возрастает интерес к созданию новых неприродных типов ГФЛ, в молекулах которых фосфорные функции модифицированы. К таким модифицированным липидам относятся и фосфамидные аналоги ГФЛ. Эти соединения представляют большой интерес как субстраты энзимологических исследований по дифференциации гидролаз и как биорегуляторы. Важно, что такие фосфолипиды могут обладать повышенной биологической активностью за счёт реакционноспособной Р-М связи. Так, известно, что фосфамидная функция обладает определёнными цитотокси-ческими свойствами. Таким образом, создание липидов, содержащих в своём составе эту цитотоксическую группировку, могло бы явиться одним из перспективных путей улучшения терапевтического индекса противоопухолевых препаратов [40, 41]. Такие противоопухолевые агенты, благодаря липидной структуре, будут легче проникать через липопротеиновые мембраны клетки, чем гидрофильные препараты. Кроме того, 6 поскольку жировая ткань способна извлекать коллоидные липиды из крови, некоторые опухоли могли бы избирательно повреждаться водными суспензиями цитотокси-ческих веществ, обладающих высокой растворимостью в жирах [42].

Фосфамидные аналоги ГФЛ могут также найти применение в качестве зондов

31 , при изучении мембранных структур методом спектроскопии Р ЯМР, так как химические сдвиги ядер фосфора в таких фосфамидных соединениях отличаются на 9-12 м.д. от таковых в природных фосфолипидах. Эти соединения могут использоваться в создании модельных мембран со специфическими свойствами, которые будут определяться аномально высокой полярностью фосфорильной группы, включенной в фос-фамидную структуру. Липидные фосфамиды с большими радикалами у атомов азота могут иметь дополнительные возможности в формировании мембран и других надмолекулярных композиций.

Амидофосфатные липиды в природе встречаются значительно реже, чем аналогичные фосфатные липиды. Однако фосфамидные производные липидов были выделены из природных источников. Так, фосфолипиды, являющиеся производными спермина, содержащие фосфохолиновую группу, связанную с азотом, обнаружены в молоке. Формула одного из таких соединений приведена ниже:

С(0)Я ОН

Ш2(СН2)зШ(СН2)4К(СН2)зКНР(0)0СН2СН2К+(СНз)з0Н"

Видимо, такие соединения, по аналогии с собственно спермином, должны обладать выраженной фармакологической активностью [43-45].

К сожалению, липиды такого типа исследованы мало [23, 29]. Учитывая сказанное, нами была поставлена цель - развить- новые возможности синтеза фосфамидных глицерофосфолипидов с использованием современных достижений химии фос-форорганических соединений. Полученные данные обобщены в настоящем квалификационном сочинении.

Основные результаты представленной на защиту работы заключается в следующем:

-Разработаны методы синтеза амидофосфатных ГФЛ, в том числе катионного типа, которые являются одним из приоритетов современной химии липидов, с использованием реакции глицеро-0,1М- и -0,0-фосфоцикланов с галогенами, тягало идаминами, - амидами и -алкилами. 7

- В синтетическую практику химии фосфолипидов введены новые реагенты - 4-хлорметил1,3,2-диоксафосфоланы, являющиеся производными трёх- и пятивалентного фосфора. При фосфорилировании этими реагентами 1,2-0-изопропилиденглицерина получены фосфоциклические соединения, представляющие интерес как исходные соединения для создания амидофосфатных и фосфатных производных диглицерофосфолипидов.

-Рассмотрен подход к синтезу глицерофосфамидных липидов катионного типа на основе простейших амидов и эфиров О,И- и 0,0-фосфоцикланов, заключающийся в окислительной дециклизации при обработке их хлором или бромом. Полученные таким образом галоидфосфаты и -амидофосфаты вступают в различные реакции, приводящие, к широкому набору липидных систем.

Представленная диссертация, помимо введения и выводов, состоит из трёх частей. В литературном обзоре рассмотрены известные синтезы фосфамидных аналогов фосфолипидов на основе соединений трёхвалентного фосфора и фосфоциклических систем. Следующая часть посвящена обсуждению собственных результатов исследования*. В экспериментальной части содержатся описания синтезов и приводятся основные константы полученных соединений и их ЯМР-спектры.

Автор выражает глубокую признательность к.х.н. Л.К.Васяниной, к.х.н. А.Р.Беккер и к.х.н. А.В.Игнатенко за регистрацию спектров ЯМР синтезированных соединений и помощь при их обсуждении, а также д.х.н. В.К.Бельскому за проведение рентгеноструктурного исследования полученных веществ. Для «литературного обзора» (часть 2) и «обсуждения результатов» (часть 3) использованы собственные нумерации соединений. 8

5. ВЫВОДЫ

1. Разработаны новые методы синтеза амидофосфатных глицерофосфолипидов, в том числе катионного типа, которые являются одним из приоритетов современной химии фосфолипидов, на основе превращений 0,Ы- и 0,0-фосфоцикланов.

2. Изучены синтезы несимметричных диамидофосфатных глицерофосфолипидов реакцией циклоамидофосфитов 1,2-О-изопропилиденглицерина с галогенами, 14-хлораминами и 1Ч-галоидамидами с последующим взаимодействием образующихся о-хлор(бром)алкиленглицерофосфатов с вторичными и третичными аминами. Ацетальные производные глицерофосфамидов переведены в аналоги глицерофосфатидов.

3. Предложен простой метод получения неизвестных ранее фосфолипидов, являющихся средними амидоэфирами алкилфосфоновых кислот, в том числе, катионных амидоалкилфосфонатных глицерофосфолипидов. Синтез основан на алкилировании по Арбузову доступных этиленамидофосфитов 1,2-замещенных глицеринов и последующем аминолизе промежуточно образующихся [3-галоидэтиламидометилфосфонатов.

4. В синтетическую практику химии фосфолипидов введены новые реагенты - 4-хлорметил-1,3,2-диоксафосфоланы, являющиеся производными трех- и пятивалентного фосфора. При фосфорилировании этими реагентами 1,2-О-изопропилиденглицерина получены фосфоциклические соединения, представляющие интерес как исходные соединения для создания фосфатных, амидофосфатных и алкилфосфонатных производных диглицерофосфолипидов.

5. Рассмотрен подход к синтезу глицерофосфоамидных липидов катионного типа на основе простейших амидов и эфиров циклофосфитов и -амидофосфитов, заключающийся в окислительной дециклизации при их обработке хлором или бромом. Полученные таким образом галоидфосфаты и -амидофосфаты вступают в различные реакции, приводящие к широкому набору перспективных липидных систем.

6. Оценены синтетические возможности реакции эфиров кислот трехвалентного фосфора с 1М-галоидамидами. Получены и исследованы оригинальные фосфолипидные системы, в которых атом азота окружен двумя карбонильными и фосфорильной группами.

123

1. Крепе Е.М. Липиды клеточных мембран. - М.: Наука. 1981.

2. Бергельсон Л.Д. Мембраны, молекулы, клетки. -М.: Наука. 1982. с.27.

3. Biochemistry of lipids, lipoproteins and membrans / Eds. D.E.Vance, J.R. Vance. -Amsterdam: Elsevier. 1996.

4. Антонов В.Ф. Липиды и ионная проницаемость мембран. М.: Наука. 1982.

5. Ясуо Кагава. Биомембраны. -М.: Высшая школа. 1985. 304 с.

6. Болдырев А.А. Строение и функции биологических мембран. -М.: Знание. 1987. 64 с.

7. НакагакиМ. Физическая химия мембран. М.: Мир. 1991. 256 с.

8. Gruner S.M., Cullis P.R., Hope M.J., Tilcock C.P.S. Lipid polymorphism: the molecular basis of nonbilayer phases. // Annu. Rev. Biophys. Chem. 1985. Vol. 14. p^211-238.

9. Черномордик Л.В., Меликян Г.Б., Чизмаджев Ю.А. Плоские липидные бислои как модель для изучения слияния биологических мембран. // Биологические мембраны. 1987. Т.4. №2. С. 117-164.

10. Hanahan D.J. Platelet activating factor: a biologically active phosphoglyceride. // Ann. Rev. Biochem. 1986. Vol.50, p.483-509.

11. Ушакова И.П., Серебренникова Г.А., Евстигнеева P.П. Обратимые переносчики кислорода на основе липосомальных форм производных гема и гемоглобина // Биологические мембраны. 1987. Т. 4. № 6. с.565-589.

12. Exton J.H. Signaling through phosphatidylcholine breakdown. // J. Biol. Chem. 1990. Vol.265, p. 1-4.

13. Швец В.К, Краснополъский Ю.М. Липиды в лекарственных препаратах // Вестник АМН СССР. 1990. № 6. с. 19-32.

14. Nishiruka J. Intracelluar signaling by hydrolysis of phospholipids and activation of protein kinases. // Sciens. 1992. Vol.258, p.607-614.

15. Liscovitch. M., Cantley L.C. Lipid second messengers. // Cell. 1994. Vol.77, p.329-334.10.