2-ХЛОРХИНОЛИН-З-КАРБАЛЬДЕГИДЫ В СИНТЕЗЕ НОВЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ



Йа правах рукописи

КОМБАРОВ Роман Викторович

2-ХЛОРХИНОЛИН-З-КАРБАЛЬДЕГИДЫ В СИНТЕЗЕ НОВЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 02.00.10 - Биоорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета Московского Государственного Университета им МВЛомоносова и в ООО «АСИНЭКС»

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты1 доктор химических наук профессор доктор химических наук, профессор

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр по антибиотикам»

М А Юровская

В А Дорохов А В Варламов

Защита состоится ^ДСД^^й 2004 г час. на заседании

диссертационного совета К 220 043 04 при Московской сельскохозяйственной академии им К.А Тимирязева по адресу 127550, Тимирязевская ул, 49

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА Автореферат разослан /<^<■¿^£¿2004 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета I/ ^^^ Г П Токмаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Разнообразие и широта биологического действия соединений, содержащих хинолиновый фрагмент, общеизвестны. Поэтому поиск новых производных на основе хинолиновой системы представляет. интерес как с точки зрения фундаментальных исследований по разработке методов получения и изучению химических свойств, так и в плане целенаправленного синтеза соединений этого класса с прогнозируемыми биологическими свойствами. Особое внимание химиков привлекают разнообразные полициклические хинолинсодержащие системы, поскольку среди них обнаружены соединения, обладающие высокой биологической активностью. Так, среди 2,3-конденсированных трицикличесьсих систем на основе хинолина обнаружены соединения проявляющие антивирусную, антибактериальную, противовоспалительную активность, а также являющиеся регуляторами нейродегенеративных процессов. Очень перспективной с точки зрения потенциальной биологической активности представляется система 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-&]хинолин-3(2Н)-она и ее трициклические аналоги с меньшим размером аннелированного цикла До сих пор в литературе сведения о таких гетероциклических структурах отсутствуют.

Таким образом, разработка методов синтеза новых 2,3-конденсированных трициклических хинолиновых производных, изучение их химических и биологических свойств систем является актуальной задачей.

Для решения этой задачи в качестве универсального синтона нами была выбрана система 2-хлорхинолин-З-карбальдегида, в которой присутствуют два реакционноспособных электрофильных центра - альдегидная группа в положении 3 и подвижный атом галогена в положении 2. Такое сочетание позволило нам использовать этот синтон для получения разнообразных производных самого хинолина, а также широкого спектра новых гетероциклических систем на его основе. Кроме того, задачей работы, явилось исследование биологических свойств впервые полученных соединений с помощью комплексного подхода, включающего в себя этапы компьютерного скрининга с последующим проведением опытов на реальных биомишенях.

Цель работы:

1. Разработка универсального метода получения производных^ 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов, позволяющего варьировать заместители практически в любом положении гетероциклической системы.

2. Расширение синтетических возможностей использования 2-хлорх!шо^ин^карбальдег ада в качестве универсального синтона для

фонд неумной литературы №

Ж

получения новых гетероциклических систем на основе хинолинового цикла

3 Синтез наиболее перспективных (по результатам виртуального скрининга) производных хинолина

4 Биологические испытания синтезированных структур и поиск корреляции структура-свойство

Научная новизна и практическая значимость Найдены и разработаны синтетический подходы к ранее неизвестным системам 4 *>-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н) она, 3.4-дигидро-2Н-

[1,3]тиазино[6,5-6]-хинолина и 3,4-дигидро-2Н-[1,3]оксазино[6 5-Ь]хинолона-2, содержащим заместители разного электронного и пространственнот-характера В качестве исходных субстратов во всех случаях испотьзовались lerKo доступные 2-члорхинолин-^-карбальаегиды

Разработан способ восстановительного аминирования замешенных 2-хинотон-3-карбальдегидов и на его основе впервые получены нсизвесглые ранее 3-аминометильные производные чинолона-2

Найден препаративный метод синтеза ряда новых производных 4-аминозамещенных 2 хлорхинолнн-3-карбальдепщов по реакции региоселективного нуклеофильного замещения подвижного атома галогена в положении 4 6 метокси-2 4 дихторхинолин-3-карбальдегида серией вторичных аминов

Среди полученных хинолиновых производных проведен поиск биологически активных соединений, с использованием комплексного подхода включающего стадию компьютерного моделирования с помощью программного пакета SYBYL 6 9 (Tripos Inc ), с последующим проведением опытов на реальных биомишенях иг vitro

По результатам виртуального скрининга удалось выявить определенную корреляцию структура свойство, и. в итоге, значительно сузить поте поиска наиболее активных соединений В испытаниях m vitro срели производных 3-аминометилхинолона-2 бьпи найдены ингибиторы фермента каспаза 3 Установлено, что наибольшая активность наблюдается для производных 3-аминометилхинолона-2, содержащих у атома азота аминометильной группы арильный или азогетарильный заместитель Полученные данные реальных биологических тестов хорошо согласуются с прогнозом, полученным в результате виртуального скрининга

Апробация работы материалы диссертации были представлены на IIth FECHEM Conference on Heterocycles in Вю-organic Chemistry (Barcelona Spain 2002) и на XXXVIII Всеросийской научной конференции по проблемам

математики, информатики, физики, химии и методики преподавания (Москва, 2002).

Публикации: по результатам диссертации опубликованы 3 статьи, 2 тезиса докладов.

Структура и объем диссертации; диссертация состоит из введения, литературного обзора по синтезу 1,4-бензоксазепинов их аннелированных и гетероциклических аналогов, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитированной., литературы и приложения Работа изложена на 135 машинописных страницах. Библиография включает ссылки на 137 научных публикаций.

Синтез производных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-она

А

На основании анализа литературных данных наиболее перспективным является способ, основанный на аннелировании оксазепинового фрагмента к готовому хинолиновому ядру. Обобщенная схема синтеза представлена ниже

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(А),

сА

роа,. Д.МФА

•о я^мн,

Н 3

н

5, §>7

4

Из предложенной схемы видно, что в качестве основного субстрата содержащего хинолиновый фрагмент, выступают производные 2-хлорхинолин-3-карбальдегида, синтез которых представляет самостоятельную задачу

Синтез замешенных 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов

За основу синтеза мы выбрали предложенный в татературе сравнительно недавно оригинальный способ формирования функционально замешенного хинолинового ядра из аиетанилидов в условиях формилирования по Вильсмайеру-Хааку

1а о "

1а Я1, Я2=Н, Ь Я'=3-Ме Я:=Н, с Я'=2 Ме, Я2-Н , с1 Я'=2 Ег, Я*=н е Я'=2 Вп, РГ=Н, Г Я'=4-ЕЮ, Я'=Н, g К'=4-МеО, Я:=Н, Ь Я'=2 Ме Я:=3 Че , 1 Я*=2-Ме Я'=4 Ме, ] Я'=2 Ме, Я2=5 Ме, к Я'=3-Ме, Я:=5 Ме, 1 Я'+ Я*=3 4-ОСН-О ш К'=3-МеО, К2=Н. п Я^З-ЕЮ, РГ-=Н

2а Я1, Я:=Н (73°с), Ь Я'=7 Ме. Я:=Н (84е?,), с Я'=8-Ме, Я'-Н (54^). с! Я*=8-Ес, Я*=Н (60°Ь). е Я'=8 Вп, Я:=Н (48^), [ Я =6-ЕЮ, Яг=Н (60%), ё Я'^б МеО Я;=Н (68°Ь), Ь Я'=7-Ме, Я:=8-Ме (75**), I Я'=6-Ме, К:=8-Ме (65'с) j Я'=5 Ме, Я'=8-Ме (55<х), к Я'=5 Ме, Я2-7-Ме (78е?.), I Я + Я;=~,4-ОСН О (72^) т Я'=7 МеО, Я;=Н (81^) п Я'=7-ЕЮ, Я:= Н (бО^Ь)

Мы отработали оптимальные устовия проведения реакции порядок добавления реагентов, время и температуру В зависимости от характера заместителей в бензольном кольце время реакции колеблется от 4 до 20 ч а выходы от 50 до 80°с

Об образовании 3-\инолинкарбальдепшов свидетельствуют тайные спектров ЯМР 'Н Так, дта полученных альдегидов 2а-п характеристическими являются синглетный сигнал протона в положении 4 при 8 5 м д а также синглет альдегидного протона при 12 м д

В случае эчектронакцепторных заместителей в исходных анилидах выходы целевых чинолинкарбальдегидов не высоки Так при испочьзовании ацетанилидов, содержащих нитрогруппу, целевой хинотинкарбальдегид нами не был обнаружен вовсе

Нитрогруппу или галогенные заместите ти (С1, Вг) лучше вводить уже в готовый хннотшновый цикл по реакции прямого злектрофильного замещения Известно, что эдектрофильное замещение в хинолинах идет по бензольному

кольцу в положения 5 и 8. Причем, реакции электрофильного замещения особенно гладко протекают при наличии в положениях 6 и 7 заместителей с ярко выраженной электронодонорной природой, такими, например, как алкоксигруппа. Действительно, мы успешно провели реакции нитрования и бромирования б-метокси-2-хлорхинолин-З-карбальдегида (2%) по известной методике

-ХСС

ШОз дым., Нг804 конц. 0°С

ч

"ССС

Бг,

1.2,4-тр хлорбензол, 120°С

2 о (96%)

2г " 2р (43%)

Существенным ограничением данного метода построения хинолиновой системы следует признать невозможность прямого варьирования заместителя в положении 4 хинолинового ядра. По литературным данным существует очень ограниченное число методов получения таких производных. В основе одного из таких способов также лежит реакция Вильсмайера-Хаака, но в качестве субстрата в этом случае используется З-арилизоксазолоны-5, которые в представленных условиях трансформируются в 2,4-дихлорхинолин-З-карбальдегиды. В нашей работе в качестве исходного мы использовали 3-(4-метоксифенил)изоксазолон-5, что позволяет получать соответствующий 6-метокси-2,4-дихлорхинолин-3-карбальдегид с хорошим выходом, вероятно, благодаря активирующему влиянию метоксигруппы в бензольной части исходного гетероцикла.

\

о-

л

N-0

-30 "С 0.3 ч, 80'С 6ч

2q 40%

Дополнительная модификация описанного в литературе альдегида 2ч с целью получения новых производных была проведена за счет взаимодействия этого субстрата с серией вторичных аминов, которые наиболее часто используются как фармакофорные единицы, а именно пирролидином, морфолином, пипиридином и К-этилпиперазином и И-метиланилином.

Rk ,„R!

hnr R2

2q

2гт

2r R1NR2= 1-(4-этитпиперазишп) (47%), s 1-(4-метилпиперидинил) (66°c) t 4-(морфолинил) (25%), u 1-(пирролидинил) (78%), v М-метит(фенил)амино(15%)

Мы установили, что взаимодействие 6-метокси-2 4-дихторхинотин 3-карбальдегида с разнообразными вторичными аминами проходит региоселективно с замещением хлора в положении 4 и образованием аминопроизводных 2r-v Дчя алифатических вторичных аминов наитучшие резутьтаты бычи достигнуты при проведении реакции в этиловом спирте- ir присутствии 1 экв триэтиламина Выходы соединений 2r-v варьируются от умеренных до высоких и зависят, в основном, от растворимости продуктов в тгаловом спирте Исключение составил готько синтез соединения 2v Для его почучения требуются бочее жесткие условия дтитетьное нагревание в ДМФА в присутствии 2 экв поташа и 2 jkb N-метичаншиша Подтверждение структуры 4 аминозамещенных производных 2-хлорхинотин-З-карбальдегида мы потучили с помощью эксперимента 2D NOESY на примере продукта взаимодействия 6-метокси 2,4-дихторхинолин-З-карбальдегида с N-ч гшшиперазиыом В спектре 2D NOESY присутствуют кросс-пики отражающие специфическое взаимодействие (сближенность в пространстве) протона в положении 5 чинотипового ядра, с протонами метиленовых групп пиперазинового цикла, что однозначно свидетельствует в пользу структуры 2г.

Таким образом синтез 2-х горхинолин-З карбальдегидов с испоаьзованиеч реагента Вильсмайера- Хаака в сочетании с другими способами модификации позволяет получать широкий спектр разнообразных хинолиновых субстратов, которые мы использовали для дальнейших превращений

Гидролиз 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов

Полученные 2 клорхинолин-3-карбальдегиды 2а-р достаточно чсгко гидролизуются до соответствующих 2-хинолоновых производных За-р, находящихся в равновесии с таутомерной 2-гидроксиформой

кипячение

2а-р

Зл-р

За Я1, Я2=Н (78%); Ь К'=7-Ме, Н2=Н (79%); с Я^-Ме, Ы2=Н (74%); (1 К'=8-Е1, Я2=Н (82%); е Я'=8-Вп, Я2=Н (85%); Г И'^б-ЕЮ, Я2=Н (73%); g 11=6-МеО, Я2=Н (68%); Ь Я'=7-Ме, Я2=8-Ме (74%); 1 Я^б-Ме, И2=$-Ме (78%); 1 К'=5-Ме, Я2=8-Ме (74%); к 11^5-Ме, Я2=7-Ме (78%); I Я2=3,4-0СН20 (80%); т 111=7-МеО, Н2=Н (64%); п Я=7-ЕЮ, К2=Н (65%), о Я2=6-

ОМе (82%); р И1=5-Вг, 112=6-ОМе (78%);

Самые лучшие результаты гидролиза были достигнуты при использовании 70-90% водной уксусной кислоты, при этом выходы в реакции достаточно высоки и выделенное вещество часто не требует дополнительной очистки. Характерным для спектров ЯМР ]Н 2-хинолонов является уширенный сигнал протона группы N11 в области 10.5-11.5 м.д.

Особый случай представляет собой синтез 2-оксо-6-фтор-1,2-дигидрохинолин-3-карбальдегида (Зч) из 4-фторацетанилида (1о) . с выделением интермедиата С, который при нагревании при 200 °С в ПФК образует продукт циклизации Зд ...

F

1о С 3q (10%)

При попытке гидролиза 4-аминопроизводных 2-хлорхинолин-З-карбальдегида 2r-v мы столкнулись с трудностями, связанными с образованием в результате гидролиза смеси продуктов. Гидролиз проводили в разных условиях (80% СНзСООН; 4н., 6н„ 12н. HCl; 4н. HCl и каталитическое количество Н202; ПФК), однако, ни один из вариантов не привел к желаемому результату. В качестве основного продукта во всех случаях был выделен 2,4-дигидрокси-б-метоксихинолин-З-карбальдегид.

В целом, полученные нами результаты позволяют синтезировать достаточно обширный и представительный ряд новых хинолоновых альдегидов.

Синтез З-аминометилхинолонов-2

Синтезированные хинолонкарбальдегиды проявляют все характерные для ароматических альдегидов химические свойства, в том числе легко вступают в реакцию с первичными аминами с образованием оснований Шиффа 4 (расшифровка радикалов представлена в табл.1)

¡^сг^м^о дмфа к

^Г^т^о н.\ к г*

"И

я

млн

к и

Н

К

Я'

н

3

4

5

Из многочисленных испробованных вариантов (бензол тотуол, спирты) наилучшие резучьтаты были достигнуты при использовании в качестве растворитетя ДМФА, что позволяет сразу выделять продукты с высокой степенью чистоты без дополнительной очистки В качестве аминной компоненты в данной реакции мы исгточьзовали достаточно широкий спектр первичных аминов различной природы алкиламины, бензиламины анилины, гетероциклические амины и тд Иминиевая связь в образующихся

основаниях Шиффа легко восстанавливается боргидридом натрия в метаноле или этаноле Причем метанол в качестве растворитетя более предпочтителен, так как выходы и чистота продуктов реакции выше Этиловый спирт является более подходящим растворитетем в стучае трудно растворимых суб<лратов гак как становится возможным проводить реакцию при более высокой температуре (выходы вторичных аминов представлены в табл 1)

Помимо реакции восстановления подобные азометиновые производные чиноаина могут вступать в реакцию и с другими н\<тслеофилами Так на примере субстрата 4Ь мы провели реакцию с реактивом Гриньяра (\1e\IgI) выступающего в роли С нуклеофила, с образованием производного 5к

Данный пример демонстрируют принципиальную возможность модификации аминометильного фрагмента, что расширяет перспективы использования азометинов как субстратов для получения разнообразных вторичных аминов

С появлением в практике органического синтеза новых восстанавливающих реагентов стало возможным получение вторичных аминов без выдетения промежуточных иминиевых соединений Огромный интерес с этой точки зрения представляют различные производные боргидрида натрия Нами дтя этих нетей успешно применялся триацетоксиборгидрид натрия \'аВН(ОАс)з Реакция восстановитечьного аминирования протекает в 1 2-дихлорэтане при комнатной температуре за 8-12 ч и соответствующие вторичные амины (табл 1) были получены с высоким выходом 70 80£с

н

4Ь

н^—я

ЫаВН(АсО\ АсОН

1,2-дихлорэтан

Таблица 1

Вторичные З-аминометилхинолоны-2 5а-И', полученные с промежуточным выделением иминов (способ А) и методом прямого восстановительного

Альдегид Первичный амин Вторичный амин Способ Выход, 1 %

За ЗЬ СТ- 5а 5Ь А А 78 77

Зс 5с А 77

за 5<1 А 78

3{ . 5е В 78

ЗЬ 5Г А 84

В 84

Зк 5Ь А 73

Зо 51 В 72

3Ч 53 В 76

ЗЬ Зс ОГ-" 5к 51 А А 83 68

Зе 5т А 86

31 5п В 82

Зт 5о В 75

ЗЬ 5р В 70

За ЗЬ (Г 5Ч 5г В В 79 91

Зс 5в В 84

31 ЗЬ Vя 6а 6Ь В В 80 90

* 1 6с 1 А 1 72 1

1 6(1 1 А | 97

31 с" ! 51 | 1 А 1 1 79 1 1

3, 1 5и 1 в 1 75

Зс ^ I I 5у 1 I 1 А 1 1 77 1 1

311 1 Зj 1 " 1 5«' | 5У , А А 1 72 90 |

Неожиданно, нами быт обнаружен оригинальный способ позволяющий получать некоторые первичные амины, исходя из доступных реагентов в очень простом экспериментальном оформлении В качестве исходных в этом с пчае были использованы вторичные амины с циклопропильным заместите 1ем V атома азота 6Ь,с1 Оказалось что при нагревании таких производных в ПФК при 160 'С происходит отщепление циклопропильного фрагмента с образованием первичных аминов 7а и 7Ь

к'ч . У 1

и

6b.fl

ПФК 1Ь0'С

\н

7а Ь

7а Л^Н. РГ=7-Ме (53с1), Ь И =5 Ме, 1Г=8-Ме (60°'с)

Мы полагаем, что и для большинства других алкилзамешенных хинолонов 6, соответствующие первичные амины 7 можно получать с хорошим выходом

Структура полученных 3 аминометильных производных доказана данными хроматомасс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР 1Н По сравнению с исходными альдегидами в спектрах производных 5а-у, 6а-с1 отсутствует сигнал протона альдегидной группы, и появляются характерные сигналы 3-метиленовых протонов в области 3 50 - 4 50 м д

Ацилированис вторичных аминов 5а-у галогенаш идриаами а-галогенкарбоновых кислот.

Вторичные амины эа-у достаточно тегко аиилируются галогенангидридами а-галогенкарбоновых кислот Поскольку атом гало1ена в а-положении достаточно реакционно способен, то возможно протекание

побочных реакций, связанных с замещение подвижного атома галогена или его элиминированием, что накладывает определенные требования на тип используемого растворителя и на температурный режим проводимой реакции, В результате исследования мы остановили свой выбор на ДМФА, в котором исходные амины достаточно хорошо растворимы, а продукт реакции ацилирования как правило выпадает сам, либо при разбавлении водой.

-V

к' ЕиЫ

На!

ДМФА

Выбор галогенангидридов а-галоген карбоновых кислот определялся коммерческой доступностью _ реагентов, за исключением хлорфторацетилхлорида, который был получен по известной методике из соответствующего этилового эфира хлорфторуксусной кислоты. Выходы реакции представлены в табл. 2.

Таблица 2

Выходы реакции ацилирования галогенангидрндами а-галогенкарбоновых кислот.

Амин Галогнангидриз а-галоген кислоты Амид Выход, %

5а 8а 81

5Ь 8Ь 71

5с 8с 79

5й 8с1 89

511 8е 89

51 8Г 88

5] 9 88 98

5к С1 ^^ 8Ь 72

5о 81 67

54 8] 85

8к 88

5и 81 79

5у 8т 94

8п 86

5Ь 5с 58 51

51

5Ь 5(1 5Г

о

8о 8р 8Ч 8г

8«

78 Х5 81 41

5а 5с

«те

8х

£8 40

5Ь

-V

8\

Структуры производных апетамидов 8а-у подтверждены данными спектроскопии ЯМР 'Н

Внутримолекулярная циклизация амидов 8а-К

Оптимизацию условий циктизации амидов 8 мы проводили с использованием наиболее "простых' производных 8а-п Исходя из анализа литературных данных, подобная циклизация должна протекать под действием основания в среде, инертной по отношению к подвижному атому галогена в а-положении В основе процесса тежит реакция внутримоаекутярного нуклеофильного замещения галогена анионом, образующегося при обработке основанием субстрата, содержащего хинотоновый фрагмент Дтя циктизапии мы пробовали несколько различных систем растворите1Ь - основание (ДМФА+ К2СО1, ДМФА+ ИаН, ЕЮН+КОН) Наиболее универсальным оказался метод с применением в качестве основания гидроксидов калия или натрия, а в качестве растворителя этилового спирта Гидрид натрия в ДМФА также может использоваться для этих целей, но процесс выделения целевого вещества в этом случае более трудоемкий Выходы соединений 10а-х в большинстве стучаев высокие (табл 3)

о О

R: „, H»l R* Hai

R R' Ii

r"

о

R! Hai

R

N

О

R* N О

R

10

Доказатетьство строения полученных продуктов цик-шзашш проводит методами чроматомлсс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР 'Ни 'С Об образовании циктичсской оксазепиновой структуры свидетельствует исчезновение в спектрах ЯМР 'Н соединений 10а-х сигналов протопив \'Н 1Ü 15-10 20 м д ) хинолонового кольца, характерных для исходных амидов 8а-х В спектре ЯМР ' С характеристическим является сигнал атома упсрода группы СН; связанной с карбонильной группой На примере соединения 10е мы показали, что рассчитанное по аддитивной схеме значение химического сдвига группы СН: в об части 69 50-70 00 м д совпадает с экспериментальным 699 мд

Таблица 3

Выходы в реакции получения 4,5-дигидро[1,4]оксазет1но[7,6-й]х1Шолнн-

3(2Н)-онов 11а-\

< 1 1 Амид | 4.5-дипшро[1,4]оксазепино[7,6- J j 6]хинолин-3(2Н)-он ^ Выход, % 1

1 8а 1 10а 1 71

1 8Ь I 10h 54 |

1 8с ! 10с ! 71 I

1 8d ' 10d . 81 I

1 8е i 10е ' 74

1 8f 1 10f 1 81 1

, 8g ! 10g 1 55 1

8Ь 10Ь 52

81 101 65

8.1 105 74

8к 10к 68

81 101 60

8т Ют 58

8п 10п 60

8о 10о 72

8р Юр 64

8ч 10ц 61

8г Юг 67

8в Юв 54

81 101 66

8и ■ Юи 70

8У 10У 74

8И- Юлу 56

8х Юх 64

Таким образом, выбранная нами стратегия синтеза является надежным, универсальным методом формирования 4,5-дигидро[1,4]оксазепино17,6-¿>]хинолин-3(2Н)-онов. Мы полагаем, что такой подход можно распространить и на другие гетероциклические субстраты, для которых возможны подобные превращения.

2-Хлорхинолин-З-карбальдегид в синтезе других конденсированных

систем

Изучение химии 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов 2а-р показало, что последние являются синхонами также к для получения конденсированных гетероциклических хинолиновых систем с разными размерами аннелированного цикла. Подтверждением этому может служить найденный нами метод синтеза производных 3,4-дигидро-2Н-[1,3]тиазино[6,5-&]хинолинов, В качестве исходной хинолиновой структуры для синтеза дигидротиазинохинолинов мы использовали альдегид 2Ь. В основе метода лежит следующая последовательность превращений:

о

I НЧ °

- н

) ЧаВН. МеОН т и

12 («1)

Е1СН

Я

V

н

N

К'

11«с 14а с

13а Ь Я=СН:РЬ, с К=4-МеС6Н4

14а К=Ме (65^.) Ь ^СНгРЬ (89%), с МеС6Н4 (92%) Эта постедоватечьность включает синтез аминометичьного производного 12, через потучение основания Шиффа с последующим восстановтением боргидридом натрия в метаноле Амин 12 под действием изотиоцианатов превращается в производные тиомочевины 13а-с, которые отдельно не вылеаяти Циклизация »тих тиомочевин в присутствии КОН в спирте приводит к образованию целевых трициклических систем 14а-с с хорошим выходом

На основе 3 аминометитхинолонов 51,у мы осуществи ш синтез ранее не известных производных 3,4 дигидро-2Н-[1,3]оксазино[6 5-Ь]хинотона-2 15а,Ь В качестве циклизующего агента в данном спучае мы испо 1ьзоволи 1,1 -карбонилдиим1шазо 1, яв гяющийся синтетическим эквивалентом фосгена Замыкание оксазинового кольца также проходит под действием основания, в рота которого 1\т1ше всего использовать поташ, а в качестве растворитетя в ацетон, который инертен ко всем компонентам реакции Структур типа 15 в -штерагу ре нами не обнаружено поэтому, данное напратение можно рассматривать как впотне самостоятельное и требующего отдельного исстедования

к'.. к3 ^ я' - к3

н - -

n о аиетон о "о

н Ч.Ч-

51,у 15а,Ь

51 И1^2 = -ОСН20-, Я3=циклопрошп, V Я'=5-Ме, 1Г=8-Ме, 113=тиофенилметил 15а Я = -ОСН-О-, Е'=циклопропил (40°Ь), Ь К1 =5 Ме, Я"=8-Ме К3=гиофенилметил (ЗЬ'Ъ)

В рамках данной работы мы не ставили задачу продемонстрировать весь синтетический потенциал 2-члорхинолин-З-карбальдегидов но приведенные

примеры свидетельствуют о несомненных перспективах в развитии химии этих систем. Представленные синтетические стратегии достаточно универсальны и, по нашему мнению, могут быть применены и для других субстратов, содержащих пиридиновую систему, в котрой в орто-положении к друг другу находится подвижный атом галогена и альдегидная группа.

Биологические испытания in silico и in vitro, связь структура-свойство*

Важной составляющей данной работы является исследование биологических свойств полученных соединений. Данные по биологической активности определяют прикладную значимость исследования и помогают выбрать направление поиска наиболее активных соединений (соединений -лидеров). В качестве потенциальных биомишеней для проведения тестов мы выбрали несколько доступных нам биологических объектов.

Исходя из анализа структур полученных соединений и анализа литературных данных, мы решили исследовать, способность различных производных хинолина выступать в роли ингибитора фермента каспазы-3, серотониновых и дофаминовых рецепторов

Каспаза-3 оносится к целой группе каспазных ферментов, участвующих в механизме апоптоза клетки. Создание соединений, влияющих на эти ферменты, открывает возможность рационально манипулировать апоптозом, что может быть использовано для лечения ряда болезней, вызванных нейродегенеративными процессами. Дофаминовыые и серотониновые рецепторы относятся к классу GPCR (G-Protein Coupled Receptor - рецептор, сопряженный с G-белком). В обширной медицинской литературе отмечается их роль в регуляции аффективного поведения Соединения, обладающие способностью к связыванию с рецепторами данного класса, входят в состав многих лекарственных препаратов, с широким спектром терапевтических возможностей.

Поскольку тестирование больших массивов соединений требует колоссальных временных и материальных затрат, то мы использовали современный подход, позволяющий существенно сократить поле поиска наиболее активных соединений. Для этого мы провели так называемый первичный виртуальный скрининг

*автор выражает глубокую признательность сотрудникам лаборатории биоскрининга ASINEX Афанасьеву И.И. Скосыреву B.C. и Малышевой Н. С за помощь в проведении этой части работы

Способность хинолиновых производных к ингибированию каспазы-3("m sihco") Для предсказания активности по отношению к ферменту каспаза-3 мы использовали методику докинга соединений, выступающих в качестве лиганда с каталитическим доменом фермента (метод SBD - Structure Based Design) Расчеты производились с помощью модуля FlexX программного пакета SYBYL 6 9 (Tripos Inc ) Информацию о кристаллической структуре каспазы-3 мы брали из общедоступной базы PDB - Protein Data Bank Сущность самого метода состоит в оценке энергетического выигрыша при связывании лиганда с активным сайтом фермента Полученный результат носит больше качественный характер, определяющий вероятность того, что соединение может проявлять заданную активность Для оценки мы использовали виртуальную базу соединений составленную комбинаторным методом

Оказалось, что наибольшая способность к ингибированию каспазы-3 среди соединений всех типов показали 3-аминометильные производные хинолиа 5-7, причем тучшие результаты были наблюдались для произво шых, в которых у лома азота аминометильной группы присутствовал арильный заместитель (структура М)

R = Ar,

R\ RJ = Alk, OAlk

Таким образом из обшей базы было выделено более 50 производных 3-аминометилхинолонов-2, которые можно синтезировать из коммерчески доступных реагентов по разработанной схеме Синтезированная <~ учетом выявленных структурных требований библиотека соединений использовалась для проведения дальнейших биологических испытаний ш vitro

Активность хинолиновых производных по отношению к рецепторам типа GPCR ("in silica").

Проявление активности этого типа мы в первую очередь ожидали среди соединений ряда 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-6)хинолин-3(2Н)-онов Юа-х, поскольку именно в этих соединениях просматривались фармакофорные фрагменты, отвечающие за пот вид активности Из всего семейства GPCR в качестве мишеней мы выбрали дофаминовые (D1 и D2) и серотониновые (5НТ1 и 5НТ2) рецепторы, так как именно для этой группы рецепторов мы имели возможность провести испытания т vitro В связи с тем, что структура

м

активного сайта этих рецепторов неизвестна, мы использовали другой метод виртуального скрининга - Ligand Based Design (LBD). Стандартная процедура расчетов в этом случае проводится в несколько этапов. Вначале мы изучили большую базу соединений с уже известной способностью к связыванию с дофаминовыми и серотониновыми рецепторами. База составлена на основе данных, которые можно получить, используя традиционные источники: MDDR, CMC, многочисленная периодическая литература. Эту базу мы использовали в качестве стандарта. Методом кластеризации с помощью программного продукта Daylight Clustering Package (Daylight Chemical Information Systems Inc) мы разбили эту базу на группы .соединений с общими структурными особенностями. Внутри этих структур, используя модуль Disco программного пакета SYBYL 6.9 (Tripos Inc.), мы выделили фармакофорные элементы и провели конформационный анализ с целью определить расстояния между фрмакофорами. Наконец, на последнем этапе мы оценивали «схожесть» исследуемой молекулы с уже известными ингибиторами каждого конкретного рецептора. Полученный результат также носит качественный характер, но в отличие от метода SBD вероятность правильного предсказания методом LBD существенно ниже и в среднем не превышает 10%.

Для производных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов были получены отрицательные результаты по отношению к рецепторам всех типов. Положительный прогноз был зафиксирован только для некоторых производных системы 10, связанных с модификацией оксазепиновой части молекулы. Предположительно, более высокая способность к ингибированию серотониновых и дофаминовых рецепторов будет у соединений, не содержащих амидных связей. В связи с этим, перспективной становится задача по разработке метода синтеза 2,3,4,5-тетрагидро[1,4]оксазепино[7,6-¿>]хинолиновой системы N.

Полученные результаты виртуального скрининга позволили выделить вторичные амины типа 5-7 как наиболее перспективные для проведения дальнейших испытаний in vitro. Поскольку наибольшая вероятность обнаружения активности прогнозировалась по отношению к каспазному ферменту, то при выборе мишени для проведения тестирования мы ограничились только каспазой-3.

N

Способность производных З-аминометилхинолона-2 к

ингибированию каспазы-3 (т vitro)*

Используя информацию о структурных требованиях, полученную нами по результатам виртуального скрининга, мы по разработанной нами методике синтезировали петый ряд новых 3-аминометильных производных хинолона-2 L6a-m (выходы 40-80%) Полученные соединения были испытаны на способность подавлять протеолитическую активность каспазы-3 Суть метода состоит в определении активности фермента в присутствии исследуемого вещества Фермент, расщепляя пептидный субстрат, приводит к высвобождению флуоресцентно активного продукта Регистрацию флуоресценции проводили с помощью спектрофотометра Safire (TECAN) В качестве стандарта использовался пептидный ингибитор - Ac-DEVD-CHO (ICs0 ~ 4 пМ) Принципиальная схема анализа состоит в следующем

Свежеприготовленный реакционный буфер, содержащий активный фермент, разливают в планшету для измерения флуоресценции В hvhkv планшеты лобавляют раствор анализируемого вещества (тестируемая концентрация - 10 цМ) После преинкубации фермента с веществом добавляют субстрат до конечной концентрации 10 (Д.М В зависимости от силы взаимодействия фермеила с анализируемым веществом изменяется ко шчес1во свободного флуорофора (7 амино-4-метилкумарин), высвобождаемою в процессе расщепления меченого субстрата (Ас DEVD AMC) Го есть чем 6oiee сильное влияние вещество оказывает на каталитический сайт фермента, тем меньше наб .юдаемая флуоресценция Определение активности тестируемых веществ проводили в 2 этапа На первом -этапе проведен отбор веществ по проценту ингиб1грования активности фермента Для вешеств подавляющих протеолитическую активность каспазы-3 более чем на 50% определяли 1С<т - величину, характеризующую концентрацию ингибитора при которой фермент инактивируется на 50% Некоторые полученные данные представлены в табл 4

Таблица 4

Результаты биологических испытаний некоторых производных 3-

аминохннолонов-2 в тестах т vitro (ингибирование каспазы-3)_

' V« | Структура | rCso (мкМ) |

I

I 16а

I

12 1000

16b Yi JCCC"1 H 29.7000

16c Л XÇO Q я —

16d ^ Vl XCC" H 13.8000

16e „. ^ ft°> XÇÇ» ° —

16f 1 Â ХССЙ ? u 21.3000

16g H —

16h XCC« H 23.9000-

16i H 2.1000

16j Чхх5*?" H 2.7000

16k H —

161

6 8000

и

16т

6 9000

Анализируя полученные данные по активности всего массива соединений, мы установили определенную зависимость структура свойство наиболее сильный биологический ответ можно ожидать среди соединений, содержащих в бензольной части хинолинового цикла гидрокси- или алкокси замести 1еть а при атоме азота 3-аминометильного фрагмента азотсодержащий гетероцикл (пиридин, хинолин и т п )

Обобщая полученные результаты, мы можем утверждать, что среди производных З-аминометилхинолона-2 возможно обнаружение ' соединения лидера", способного ингибировать фермент каспаза-3 в концентрациях близких к наномолярным Проявление такого уровня активности открывает возможность создания новых препаратов, направленных на течение ряда заболеваний, вызываемых феноменом алоптоза в живых клетках

I На основе 2-х юрхинолин 3-карбальдегидов предчожен универсальный

заместите ш разно! о этектронного и пространственного характера в разтичных положениях трициклической системы

2 Показана возможность получения разнообразных серу- и кислородсодержащих трициктических систем, исходя из 2-хторхинолин-^-карбальдегида на примере синтеза систем 3,4-дигидро-2Н-Г1,3]тиазино[6,5 ЭДхинолина и 3,4-дигидро-2Н [1 3]оксазино[6 5-А]хинолона-2

3 Разработан способ восстановительного аминирования замещенных 2 хинолон-3-карбальдегидов и на его основе впервые получены неизвестные ранее 3-аминометитьные производные чинотона-2

4 Найден препаративный метод синтеза ряда новых производных 4-аминозамещенных 2-х торхино чин-З-карбальдегидов по реакции региоселеюгивного нуклеофильного замещения подвижного атома галогена в положении 4 6-метокси-2,4-дихлорхинолин-3 карбальдегида серией вторичных аминов Структуры продуктов замещения доказаны с

Выводы

сннтетическии подход к ранее дигитро[1,4]оксазешшо[7 6-Ь]хиполин-3(2Н") онам

неизвестным 4 5 содержащим

методом хроматомасс-спектрометрии, спектороскопии ЯМР !Н и эксперимента 2D NOESY.

5. Проведен виртуальный скрининг среди всех типов синтезированных хинолиновых производных с использованием программного пакета SYB YL 6.9 (Tripos Inc.), с целью предсказания активности по отношению к серотониновым и дофаминовым рецепторам и к ферменту каспаза-3. В результате удалось сузить поле поиска активных соединений

6. В испытаниях in vitro найдены ингибиторы фермента каспаза-3 среди производных З-аминометилхинолона-2, содержащих у атома азота аминометильной группы арильный или азогетарильный заместитель. Полученные данные реальных биологических тестов хорошо согласуются с прогнозом, полученным в результате виртуального скрининга

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1 Р.В.Комбаров, М.А.Юровская «Синтез замещенных 4,5-дигидро[1,4]-оксазепино[7,6-Ь)хинолинонов-3», ХГС, № 9, 1310-1311 (2002)

2 Р.В.Комбаров, М.А.Юровская «2-Хлор-З-хинолинкарбальдегид в синтезе конденсированных систем. 1. Синтез производных 3,4-дигидро-2Н-[1,3]-тиазино[6,5-Ь]хинолинов», ХГС, № 3,41-413 (2003).

3 Р.В. Комбаров, А.Г. Комбарова, Г.П. Токмаков, М.А. Юровская «Синтез 4-аминозамещенных 2-хлорхинолинкарбальдегидов-З» Известия ТСХА, 2004, вып. 4,12 ? -12>2

4 Комбаров Р.В. Синтез замещенных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-6]хинолин-3(2Н)-онов. // В сб.: Тез. докладов XXXVIII Всеросийской научной конференции по проблемам математики, информатики, физики, химии и методики преподавания. Химические секции, Москва, 2002, С. 71.

5 М. Yurovskaya, R. Kombarov 2-Chloroquinoline-3-carboxaldehyde - а convenient synthone for the preparation of 4,5-

dihydro[l,4](ox)thiazepino[7,6-b]-quinolin-3(2H)-ones. (2-Хлорхинолин-3-карбальдегид - удобный синтон для получения 4,5-дигидро[1,4](окс)тиазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов. // Book of Abstracts. Eleventh FECHEM Conference on Heterocycles in Bio-organic Chemistry (Сборник Тезисов 11^ Конференции Европейского Химического Общества по Гетероциклической и Биоорганической химии). Barcelona, Spain. 2002, p. 56.

Объем 1,25 печ. л.

Зак. 238

Тираж 100 экз.

Издательство МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44