Двойная реакция Арбузова и развитие методологии синтеза фосфоизостеров аминокислот и пептидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

РАГУ ЛИН Валерий Владимирович

Двойная реакция Арбузова и развитие методологии синтеза фосфоизостеров аминокислот и пептидов

02.00.03 - Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

13 ФЕВ 2014

Черноголовка, 2014

005545044

005545044

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН)

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент HAH Украины,

главный научный сотрудник Института элементоорганических соединений Российской академии наук им. А.Н.Несмеянова (ИНЭОС РАН)

доктор химических наук, профессор кафедры органической химии Химического факультета Московского государственного педагогического университета

доктор химических наук, профессор кафедры органической химии Химического факультета Московского государственного

Гололобов Юрий Григорьевич

Грачев Михаил Константинович

Вацадзе Сергей Зурабович

университета имени М. В. Ломоносова

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет).

Защита диссертации состоится « 25 » марта 2014 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.102.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физиологически активных веществ Российской академии наук по адресу: 142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, Северный проезд, д. 1

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ИФАВ РАН (www.ipac.ac.ni)

Автореферат разослан «25» января 2014 года Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук

Общая характеристика работы Актуальность работы. Одной из основных задач современного органического синтеза является разработка методов получения физиологически активных веществ (ФАВ). Структурная модификация природных соединений - один из подходов к поиску новых ФАВ. Замена карбоксильной группы в молекуле аминокислоты фосфонатным Р(0)(0Н)г или фосфинатным Р(0)(0Н)СНг фрагментом позволяет сконструировать молекулы фосфоновых или фосфиновых аналогов природных аминокислот. Для построения молекул фосфиновых кислотых псевдопептидов (пептидных изостеров) может бьгть использован другой прием, заключающийся в замене пептидной связи C(0)NH негидролизуемым фосфинатным фрагментом Р(0)(0Н)СН2. Результат такого замещения представляет собой удобную имитацию переходного состояния гидролиза пептидной связи с тетракоординированным углеродным атомом и стабильную модель состояния субстрата в биологических процессах с участием по крайней мере двух классов гидролитических ферментов — металлопротеиназ и аспарагиновых кислых протеиназ.

В этой связи задача разработки новых удобных методов образования фосфор-углеродных связей является основной в развитии методологии синтеза фосфорильных изостеров аминокислот и пептидов. Целевыми объектами настоящего исследования были выбраны фосфорильные аналоги пептидов - фосфиновые кислотные псевдо-пептиды, а также фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты, со-фосфорильные аналоги и гомологи моноаминодикарбоновых кислот - глутаминовой и аспарагиновой кислот.

Значительное внимание в процессе создания новой фосфор-углеродной связи уделено использованию силиловых эфиров фосфористой и гипофосфористой кислот, которое позволяет осуществить формирование соответственно одной и двух новых фосфор-углеродных связей.

Цель работы заключается в разработке новых подходов к формированию двух фосфор-углеродных связей из гипофосфитов, а также в их использовании для развития методологии синтеза фосфорильных структурных изостеров аминокислот и пептидов.

Научная новизна работы.

Найдена двойная реакция Арбузова генерированных in situ силиловых эфиров трехвалентного фосфора из гипофосфитов с образованием двух симметричных фосфор-углеродных связей.

Разработана общая методология образования двух несимметричных фосфор-углеродных связей путем присоединения генерированного in situ бис(триметилсилил)гипофосфита к различным непредельным соединениям с последующим взаимодействием образовавшегося силилфосфонита in situ с электрофилами по типу реакций Арбузова, Абрамова, Михаэля-Пудовика, Кабачника-Филдса.

Впервые предложена общая one-pot процедура синтеза циклических фосфиновых кислот.

Разработана новая методология синтеза псевдо-пептидое, заключающаяся в первоначальном присоединении гипофосфита к а-замещенному акрилату с образованием первой Р-С связи с последующим формированием аминокислотной функции и образованием второй Р-С связи псевдо-пептида.

Впервые обнаружены дегидрогалогенирующие свойства триалкилортоформиатов и предложен новый общий способ получения различных винилфосфорильных соединений.

Разработаны общие процедуры синтеза псевдо-у-глутамилпептидов, псевдо-у-аминобутаноилпептидов и других фосфиновых аналогов у-аминомасляной кислоты (ГАМК).

Впервые обнаружены, выделены и идентифицированы в качестве интермедиатов реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений N,N-алкилиденбискарбаматы, исследовано взаимодействие гидрофосфорильных соединений с предварительно синтезированными бискарбаматами в среде уксусного ангидрида и других растворителях, изучено влияние строения бискарбаматов и фосфорной компоненты, а также кислотного катализа на протекание данной двухкомпонентной реакции.

Предложена новая процедура амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений в уксусном ангидриде при комнатной температуре.

Предложен новый механизм трехкомпонентной реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений, включающей стадию образования N,N'-алкилиденбисалкилкарбаматов. Показано, что формирование фосфор-углеродной связи, протекает по типу реакции Арбузова с участием Лг-(алкилоксикарбонил)иминиевого катиона и Р-ОАс производного трехвалентного фосфора, генерированных in situ из бискарбамата и исходного гидрофосфорильного соединения соответственно.

В соответствии с новым механизмом реакции предложена новая идеология генерирования реакционных интермедиатов, образующих Р-С связь, добавлением трифторуксусного ангидрида к смеси фосфонистой кислоты и бискарбамата в органическом растворителе, на этой основе разработан новый подход к синтезу труднодоступных фосфоизостеров аминокислот и пептидов из ацеталей малостабильных альдегидов.

Разработан общий метод синтеза ш-галогеналкилфосфорильных соединений и предложена общая процедура синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых (ФА) кислот.

Разработана альтернативная процедура синтеза ФА кислот, которая заключается в присоединении аминокислотной функции к углеводородному фрагменту с последующим фосфорилированием образующихся полупродуктов.

Предложена общая процедура синтеза а-замещенных со-фосфорилированных аналогов глутаминовой кислоты и соответствующих гомологов алкилированием ю-галогеналкилфосфорильными соединениями шиффовых оснований эфиров аминокислот или их присоединением к винилфосфорильным соединениям.

Развитие one-pot процедуры образования двух фосфор-углеродных связей позволило разработать синтез новых фосфорных аналогов аминокислот, в том числе фосфиновых бис(со-амино-ш-карбоновых) кислот.

Практическая значимость работы.

На основании разработанной методологии синтеза фосфиновых кислот из гипофосфитов стал доступным'широкий ряд фосфиновых структурных изостеров аминокислот и пептидов с практически полезными свойствами, являющихся лигандами глутаматных рецепторов и ингибиторами ферментов.

Разработаны новая процедура синтеза природной фосфиновой аминокарбоновой кислоты -фосфинотрицина, обладающей рядом практически полезных свойств, и общий метод синтеза фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты. Разработан синтез о-фосфонометилфенилаланина, проявившего свойства антагониста №кТОА рецепторов и противосудорожные свойства.

Запатентован способ получения ю-галогеналкилфосфонатов, ключевых полупродуктов синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот, получены патенты на способ получения псевдо-у-глутамилпептидов и на ферментативный синтез энантиомеров некоторых псевдопептидов.

Личный вклад автора. Диссертация представляет собой результаты исследований, выполненных лично автором или при его непосредственном участии. Автору принадлежат постановка задач, выбор стратегии исследования и ее обоснование, планирование и проведение эксперимента, анализ полученных экспериментальных данных и обобщение результатов, подготовка публикаций и апробация материалов работы.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены на Всесоюзном семинаре "Химия физиологически активных веществ" (Черноголовка, 1989), Всесоюзном совещании "Глутаматные рецепторы" (Москва, 1987), XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Москва, 1989), межреспубликанской научно-практической конференции «Синтез, фармакология и клинические аспекты новых психотропных и сердечно-сосудистых веществ» (Волгоград, 1989), V Московской конференции по органической химии и технологии (1990), Симпозиуме по органической химии (С.-Петербург, 1995), конференции "Химия фосфорорганических соединений и перспективы ее развития на пороге 21 века" памяти академика М.И.Кабачника (Москва, 1998), международных конференциях по химии соединений фосфора (Казань, 1996, 2005), (С.-Петербург, 2002, 2008) и международной конференции "Основные тенденции развития химии в начале XXI века"(С.-Петербург, 2009), на XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 46 публикациях, включая 3 патента и 43 оригинальные статьи в российских и международных изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 339 страницах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитированной литературы, содержит 24 таблицы, 18 рисунков, 55 схем. Список цитируемой литературы включает 315 публикаций.

Основное содержание работы 1. Метод синтеза фосфиновых кислот 1.1. Двойная реакция Арбузова

Одним из общих методов образования фосфор-углеродной связи является реакция Арбузова. Ее классический вариант обычно предполагает необходимость предварительного синтеза соответствующих эфиров фосфористой или фосфонистой кислот и выделение алкилгалогенида в качестве побочного продукта реакции. В случае близкой реакционной способности исходного электрофила и выделяющегося алкилгалогенида происходит образование смеси продуктов. Кроме

того, для получения свободной фосфоновой или фосфиновой кислоты из образующегося в результате реакции фосфоната или фосфината необходима стадия гидролиза, вследствие чего этим способом нельзя получить функционально замещенные фосфиновые кислоты, содержащие гидролитически лабильные группы.

Применение процедуры, включающей силилирование гидрофосфорильных соединений с образованием фосфорилирующего агента in situ в реакционной массе и последующее взаимодействие его с соответствующим электрофилом, позволяет разрешить эти проблемы. Алкоголиз силиловых эфиров протекает в мягких условиях с сохранением многих гидролитически неустойчивых функциональных ipynn, что позволяет применить его для синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот различного строения.

Разработка методологии синтеза новых фосфиновых аналогов аминокислот и, особенно, фосфиновых кислых аналогов пептидов предполагает необходимость образования в процессе реакции двух фосфор-углеродных связей.

Использование гипофосфитов в качестве исходных соединений позволяет формировать две фосфор-углеродных связи в одном реакционном сосуде в результате двух последовательных реакций, протекающих по типу реакции Арбузова или Михаэля-Пудовика с образованием фосфиновых кислот симметричного строения. Дальнейшее развитие этого подхода с разделением стадий образования первой и второй фосфор-углеродных связей и с использованием большого ряда разноименных электрофилов привело к получению функционально замещенных фосфиновых кислот несимметричного строения и разработке методов синтеза фосфиновых кислых псевдопептидов различного строения.

Данный подход использует бис(триметилсилил)гипофосфит 1.1 in situ в качестве ключевого интермедиата, который, как было показано ранее (Воронков М.Г. с соавт., 1970) образуется взаимодействием гипофосфита аммония и гексаметилдисилазана (схема 1). Предложена "one-pot" процедура, предусматривающая проведение реакций образования

бис(триметилсилил)пшофосфита 1.1 (БСГ) и его участия в дальнейших превращениях без выделения промежуточных продуктов.

Схема 1

HjPOONH4

(Mt'(Si),NH

-NH,

^HPtOSiMejJjj

■MejSiX

R—P—OSiMe,

(MtjSDjNH

-NH,

\

OSDVlij 1J

-Me,SiX

Я

R—P—OSiMe.

I

ЕЮШН,0

1-7

'■* 30-70%

x-i.Br, а

а), С, 11, (2), С,н„ СЗ), ед, (4), ^„Н,, (5), т. СЦ-СНСН, (7)

Учитывая высокую склонность БСГ к гидролизу и окислению влагой и кислородом воздуха, его способность к самовоспламенению под действием кислорода, все стадии синтеза были проведены в одном реакционном сосуде, без выделения неустойчивых промежуточных силилфосфонитов, что является основным достоинством предлагаемого метода.

Синтез фосфиновых кислот симметричного и несимметричного строения осуществляли на основе гипофосфита аммония, при необходимости заменяя его на смесь гипофосфита калия и аммония хлорида. Во втором случае выход БСГ снижается (65% против 89%). Использование гипофосфита натрия менее эффективно, так как он существует в виде гидрата.

Интермедиат синтеза БСГ 1.1 (схема 1), способен последовательно взаимодействовать с двумя молекулами галогеналкана по типу реакции Арбузова с образованием двух фосфор-углеродных связей, приводящей к диалкилфосфиновым кислотам 1-7. На ключевой стадии используется свойство гидрофосфорильных соединений под воздействием силилирующих агентов образовывать силиловые эфиры производных трехвалентного фосфора. Гидрофосфорильные соединения 1.2, содержащие одну фосфор-углеродную связь, превращаются в силиловые эфиры фосфонистых кислот 13, способных вступать в реакцию Арбузова, приводящую к диалкилфосфиновым кислотам 1-7 после алкоголиза соответствующих силиловых эфиров 1.4 1.2. Синтез циклических фосфиновых кислот Предлагаемый нами метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов позволяет, используя в качестве галогенпроизводных а,ю-дигалогеналканы 2.1, получить циклические фосфиновые кислоты 8-12 в соответствии с приведенной ниже схемой (схема 2).

Схема 2

HP(OSIMe,),l БСГ J

Х-А-Х 2.1

А

(Mt,Si),NH

Me,SiO^

Me,SiO

X = Br; CI

A- (CH,), (8); (CO,), (9); СП,СИ,001,01, (10); о-СЦС.Н.СН, (И); CH.CH-CHCH, (12)

По аналогии с разд. 1.1., последовательно формируются две фосфор-углеродные связи через промежуточное силилирова-ние гидрофосфорильной формы 2.2, которая образуется в результате первой реакции Арбузова с участием БСГ in situ и молекулы а,га-дигалоген-алкана.

ш-Галогеналкилфосфонит 2.3 содержит два реакционных центра - нуклеофильный атом трехвалентного фосфора, генерированный in situ в условиях реакции, и электрофильный ш-углеродный атом при атоме галогена. Это создает благоприятные условия для протекания внутримолекулярной реакции Арбузова: атака неподеленной электронной пары атома фосфора по электрофильному со-углеродному атому приводит к выделению триметилсилилгалогенида. В результате образуется вторая фосфор-углеродная связь в соответствующем силиловом эфире циклического фосфината 2.4. Размер цикла определяется длиной углеводородной цепочки А.

Этим способом получены пяти- и шестичленные циклические фосфиновые кислоты 8-12. Для предотвращения межмолекулярных реакций использовали разбавление реакционной смеси абсолютным толуолом или ксилолом. Для более напряженных пятичленных циклических фосфиновых кислот характерно смещение сигнала атома фосфора в спектре ЯМР 31Р в область 7584 м.д., в то время как в шестичленных циклах он наблюдался при 40-60 м.д.

Таблица 1. Циклические фосфиновые кислоты

Исходный а,<в-дигалогеналкан

Фосфиновая кислота

Выход,%

Т.пл.,°С

5 Р (СОС13), 5, м.д.

10

11

12

г-А у о

ОЧн

чон

о

43

36

31

39

11

50-51 (эфир)

128-129 (ацетон)

100-101 (ацетон)

155-156 (ацетон-спирт, 8:3)

86-88 (эфир)

83.7 51.3

43.3 60.5

75.4

1.3. Функционально замещенные галогеналканы в двойной реакции Арбузова

Описанная выше процедура синтеза диалкилфосфиновых кислот была распространена на функционально замещенные галогеналканы - а>галогеналкилфосфорильные соединения, галогенметилароматические производные, галогенацетаты и ю-галогеналкилацетамидомалоновые эфиры. При введении в реакцию диэтил 2-бромэтилфосфоната и 2-бромэтилдифенилфосфиноксида образуются соответствующие фосфиновые кислоты 13,15, в молекулах которых атомы фосфора соединены двумя метиленовыми фрагментами, что приводит к характерному расщеплению сигналов ядер фосфора в спектре ЯМР 31Р. В спектрах наблюдаются два сигнала различной интенсивности - дублеты в области 30.8 м.д. (для фосфонатного фрагмента) с КССВ 3/р.р 69.0 Гц и 35.0 м.д. (для фосфиноксидного) с КССВ 37р.р 51.3 Гц, отвечающие двум крайним атомам фосфора соответственно фосфонатной или фосфиноксидной природы.

Схема 3

НР(08!Ме -

О 081Ме,

Ме3БЮ

\ / Р — А

/

Г" ~1

Я к

II /

А—Р—А

' 1

К Ов.Ме,

А—Р—А К ОН

II

-Р—ОИ РЬ—Р—А—Р I

(ИЛ

о

И

-Р—РЬ

— С(0)0Е1(0Н)

/

I

ОН

ОН РЬ НО —С(0)0Е«0Н)

он

13 14-16 (п-1-3) 17 (ОЕ1), 18 (ОН) 19-21

1. Х-А-11,2. ,М1, л. МШ Н:<)

Х = Вг,С1; А-(СНг)п,п»1(14),2(15),3(16),Я=Р(0)РЬ о - 2, К-Р(О)0Е|), (13) л - 1,1»- СООЕ! (17), СО ОН (18), Аг - РЬ (19), р-С^О-С,^ (20), т-МеС(0)-С,Н4 (21)

Кроме того, в спектрах трифосфорильных соединений 13,15 содержатся триплеты в области 54.5 м.д. и 48.5 м.д. центральных атомов фосфора симметричных фосфиновых кислот, содержащих фосфонатные и фосфиноксидные фрагменты, соответственно. При изменении числа метиленовых фрагментов спектр ЯМР 31Р 14,16 представляет собой два синглета с соотношением интенсивностей 2:1.

1.4. Двойное присоединение по Михаэлю-Пудовику. Акрилаты и винилфосфорильные соединения в качестве непредельного компонента в синтезе фосфиновых кислот Схема 4

у

Мг,$Ю OSMi,

,OSMt. R

Ч-

h—OAlk

о, Г

^ , OSMt

Генерированный in situ БСГ присоединяется по активированной двойной углерод-углеродной связи акрилата или l^nnuomvij - 1- о _j 2J26 Aiko винилфосфорильного соедине-

ния с образованием

силилфосфонитов 4.1 и 4.2, которые способны in situ присоединяться ко второй молекуле непредельного

соединения с образованием соответствующих фосфиновых кислот.

В качестве а,(3-непредельных карбоновых и винилфосфорильных соединений были изучены метилакрилат, метил- и этил а-замещенные акрилаты, винилфосфонат и дифенилвинилфосфиноксид. После алкоголиза соответствующих силиловых эфиров фосфиновых кислот 4.3 и 4.4. образуются соответствующие дикарбоновые (22-26) или трифосфорильные (13,15) соединения симметричного строения.

1.5. Синтез фосфиновых кислот несимметричного строения. Двойное присоединение по Михаэлю-Пудовику к разноименным непредельным соединениям.

Методология двойного постадийного присоединения БСГ in situ и промежуточных соответствующих бистриметилсилилфосфонитов 5.1, 5.2, 53 и 5.4 по Михаэлю-Пудовику с использованием разноименных непредельных соединений позволяет получить фосфиновые кислоты несимметричного строения в соответствии со схемой 5.

1 - CH,=C(R)C(0)Alk, 2- CHJ=CHP(0)R'l. Э-ЕЮН R 1 И (22). Me (23), t-Bii (24), СН,С(0)ОМе (25), СН/ЛГС'ОрЕг (26), R" = OEt (13), Ph (15)

Схема 5

<5.1)

СМе

4,5

^HPfOSMe^J БСГ

\

OS Mr,

Р

.OS Me,

(5J) , "

-Х-

(5.4)

1-СН,=СНСООМе, 1. niJtOCIKTIj, 3 - ."/"Н-Щ.. 4. (ЕЮ)2Р(0)СН<Н1, 5-ЕЮН/Н,0

В качестве непредельного компонента были исследованы метилакрилат, дифенилвинилфосфиноксид, диэтил винилфосфонат, которые с хорошими выходами в определенных условиях образуют продукты 1:1 и 1:2 присоединения. В случае стирола получается только продукт 1:1

присоединения — фосфонит (5.3) даже в избытке непредельного компонента.

Отсутствие продукта двойного присоединения стирола позволяет исключить механизм 1,2-присоединения силилфосфонита (6.1) ко второй молекуле акрилата или винилфосфорильного соединения. По-видимому, происходит присоединение атома фосфора к (^-углеродному атому непредельного компонента и триметилсилильной группы — к атому кислорода группы С=0 или Р=0 алкена с промежуточным образованием силилового эфира соответствующего енола (6.2) или илида (6.3).

Найдены мягкие условия 1:1 присоединения С1ема 6 бис(триметилсилш1)гипофосфита к акрилатам и

OSIMe,

винилфосфорильным соединениям. Последующее 1,4-присоединение образовавшихся бис(триметилсилил) фосфонитов 5.1, 5.2 и 5.4 (схема 5) к а,[3-непредельным соединениям (обычно без выделения из реакционной среды) позволяет получить фосфиновые кислоты несимметричного строения 27- 30 (схема 5).

1.6. Образование фосфор-углеродных связей в фосфиновых кислотах несимметричного строения путем последовательного осуществления реакций разного типа

Мы предлагаем общую стратегию синтеза с первоначальным присоединением бис(триметилсилил)гипофосфита к активированным алкенам по Михаэлю-Пудовику с образованием силиловых эфиров фосфонистых кислот, которые способны вступать в различные реакции, характерные для производных трехвалентного фосфора, например, реакции Арбузова, Абрамова, Кабачника-Филдса, Михаэля, Пудовика и другие реакции. В качестве непредельных соединений были исследованы стирол, эфиры а,р-непредельных карбоновых кислот, винилфосфонат и Шиффа основания.

1.6.1. Акрилаты в качестве непредельного компонента синтеза

Использование в качестве непредельного компонента реакционноспособных а,р-непредельных карбоксильных соединений позволяет получить различные фосфиновые карбоновые кислоты несимметричного строения. Бис(триметилсилил)гипофосфит (БСГ) in situ присоединяется по активированной двойной углерод-углеродной связи акрилата с образованием фосфонитов, которые далее алкилируют галогенпроизводными по типу реакции Арбузова, Алкоголиз полученных силилфосфинатов дает целевые фосфиновые карбоновые кислоты.

Образование ключевого интермедиата синтеза фосфонита (31) (R=H) (продукта присоединения БСГ к метилакрилату) проходит экзотермически и подтверждено методами спектроскопии 'Н и 31Р ЯМР. Его превращения могут пойти по двум различным направлениям. В условиях получения БСГ (10СИ-120°С) и в избытке акрилата основным результатом реакции является продукт присоединения двух молекул акрилата по типу реакций Михаэля-Пудовика -симметричная фосфиновая кислота (39).

В более мягких условиях (температура не выше 20-40°С) и при относительном недостатке метилакрилата можно избежать или свести к минимуму образование побочного продукта симметричного строения. В этом случае можно направить взаимодействие фосфонита 31 с галогеналканами по схеме реакции Арбузова с образованием различных фосфиновых кислот

Ч «•о

несимметричного строения. Процесс проводили в one-pot варианте - без промежуточных продуктов.

выделения

Схема 7

CH(R)=CHC(0)0M«

^HP(OSlMe3), БСГ

Р

L о

СН,«СНС(0)01Че

V

ОМе

32 (R=H, R =Mc)

u

ЕЮН/Н,0 CH(OEI),

1<=Н: И'-М6(32,33), Вп (34), (СНг),Р(0)РЬ, (35), (СН,),Н-Р|Н11 (36), (CHJ)sC(NHAc)(COOEt)1 (40);

К=С(0)ОМе : Н'-Вп(37), К-О« (38);

X - I, Вг, С1

При взаимодействии диметилового эфира малеиновой кислоты с БСГ не было обнаружено образования симметричного продукта присоединения двух молекул алкена даже при 10(Н120оС. Возможной причиной является меньшая реакционная способность этого непредельного соединения, обусловленная 'большим пространственным экранированием двойной связи диметилового эфира малеиновой кислоты по сравнению с метилакрилатом.

При использовании в качестве галогеналкана метилиодида в ходе реакции образуется триметилиодсилан, который способен частично дезалкилировать метилоксикарбонильную группу в силилфосфинате. Алкоголиз и последующий кислотный гидролиз образующегося продукта дают целевую кислоту МеР(0)(0Н)СН2СН2С00Н (33).

Схема 8

1. ГНС1СН,),С,Н.

2. ЕЮН OV>)

1. BrfCH^jCtNHAOtCOOEtJ,;

2. ЕЮН Р,0)

II н Р-, ,-Р

¿„ ■W I

В случае активированных хлоралканов и функционально замещенных бромалканов реакции идут однозначно, не осложняются побочными процессами и приводят к различным фосфиновым кислотам несимметричного

40 41

строения.

Применение 5-бромамилацетамидомалонового эфира позволяет получить фосфиновую кислоту 40, в результате кислотного гидролиза которой образуется новый тип фосфиновых аминокарбоновых кислот 41. Введение в реакцию а,о>-дигалогеналканов приводит к

Р-(СН,)Н—COOEt

!|

р—(СН,)Г

потенциальным фосфорсодержащим комплексообразователям — подандам 42, что показано на примере о-ксилилендихлорида.

1.6.2. Винилфосфонат в качестве непредельного компонента синтеза

Схема 9

<ЕЮ),Р

HP(OSiMej), I

OSiMe,

a)ВгЧСН,),КРЬЛ -Me,SiBr

b) ЕЮН

c) CH(OEt),

OSiMe,

= P—OEt I

OEt

9.2

а) ЕЮН

Ь) CH(OEt)

<|>В

о г — р —, О

II / II

ЕЮ—Р—' О Р —OEt

OEt OEt

Ключевой интермедиат синтеза бис(триметилсилил)фосфоноэтилфосфонит 9.1 был алкилирован по типу реакции Арбузова. Для образования второй фосфор-углеродной связи использовали М-(3-бромпропил)фталимид. Мягкие условия присоединения БСГ к диэтиловому эфиру винилфосфоновой кислоты позволяют исключить или свести к минимуму образование продукта двойного присоединения по Михаэлю-Пудовику и получить бис(триметилсилиловый) эфир |3-(диэтоксифосфинил)этилфосфонистой кислоты (9.1). Это интермедиат далее был использован в синтезе новых бисфосфорилъных аналогов у-аминомасляной кислоты (ГАМК) (43) (схема 9) и глутаминовой кислоты (44) (схема 10).

Наряду с целевым продуктом реакции - у-(фталилимино)пропилфосфинатом 45 (схема 9), был выделен бис[р-(диэтоксифосфинил)этил]фосфинат 13 симметричного строения. Последний является продуктом присоединения второй молекулы винилфосфоната к промежуточному силилфосфоноэтилфосфониту 9.1 через стадию образования силилфосфината 9.2. Кислотный гидролиз у-(фталилимино)пропилфосфината 45 дает бисфосфорильный аналог ГАМК 43.

о

н

ЕЮ-Р-

O-SMe,

»ПгЧОЦ.Вг

-Me.SiBr

ио—р— со

«1,

СЩСВ), о

** ЕЮ- Р—^ СИ

Atf-HCHCCOCEt),

-V

ш

О — р —

II

ЕЮ-Р —' о

Ш

— 10.3

сосе

Mttc

оош

Синтез бисфосфорилъ-ного аналога глутаминовой кислоты 44 (схема 10) был осуществлен взаимодействием ключевого интермедиата фосфоноэтилфосфонита 10.1 in situ с избытком дибромэтана.

После алкоголиза образуется 2-(диэтоксифосфинил)этил-2-бромэтилфосфиновая кислота 10.2

(зарегистрировано с помощью

спектроскопии 10

Н и Р ЯМР), которую без выделения

обрабатывали избытком триэтилортоформиата. Протекающие одновременно процессы дегидробромирования и этерификации кислоты 10.2 приводят к триэтиловому эфиру ß-(фосфоно)этилвинилфосфиновой кислоты 46. Присоединение аминокислотной функции с последующим кислотным гидролизом продукта реакции 10.3 и ионообменной хроматографией похволяет получить целевую аминокислоту 44 - бисфосфорильный аналог глутаминовой кислоты. 1.6.3. Стирол в качестве непредельного компонента синтеза.

Реакция Арбузова на втором этапе синтеза Стирол, в отличие от акрилатов и винилфосфорильных соединений, образует с БСГ только продукт 1:1 присоединения даже при высоких температурах и избытке по отношению к фосфорному компоненту. По этой причине данный алкен наиболее активно использовался нами при изучении предлагаемого метода. В качестве галогеналканов для образования второй фосфор-углеродной связи были исследованы метилиодид, бензилхлорид, хлорацетат, алкилбромиды, со-бромалкилфосфиноксиды.

При одновременном смешивании и кипячении стирола, гипофосфита аммония и гексаметилдисилазаиа в течение 3-4 часов смеси с высоким выходом (87%) образуется бис(триметилсилиловый) эфир фенетияфосфонистой кислоты 47. Это показано методом спектроскопии ЯМР 31Р и 'Н спектроскопии, а также экспериментом с выделением фосфонита 47 в индивидуальном виде. При использовании смеси гипофосфита калия и хлорида аммония выход соединения 47 снижается до 75%.

Схема 11

PhCH=CIL г UX

[ HP(OSiMe3), 1-- PhCHjCHjPtOSiMe,), --

I i 47 b) EtOH (Н,0)

ЬС1 48-55

X - CI, Br, I

R - Mi 38), C,H„ (49), €„% (50), СЦРЬ (51), СЦСООМе (52), СН,Р(0)РЬ, (53), (CH,),P(0)Ph, (54), (CH^PiOPb, (55)

Синтез целевых фосфиновых кислот осуществляли в одном реакционном сосуде без выделения промежуточных соединений. Использование в качестве галогенпроизводных а,ш-дигалогеналканов позволяет получить а,со-алкилен-бисфосфиновые кислоты 56-59:

Схема 12

1. Вг-(СН,)п-Вг; 2. £ЮН(Н,0) | PhCH,CH,P(OSlMe,), j ~

47 n = 1 (56), 2 (57), 3(58), 4(59)

Фосфонит 47 способен окисляться, поэтому в некоторых случаях в спектре ЯМР Р реакционной массы присутствует примесный (3-5%) сигнал в области 25.0 м.д., соответствующий бис(триметилсилиловому) эфиру фенетилфосфоновой кислоты. Этот побочный продукт легко отделяется при выделении целевых фосфиновых кислот 48-59.

1.6.3.1. Синтез ю-аминоал кил фосфиновых кислот Для образования второй фосфор-углеродной связи по реакции Арбузова были использованы также ш-функционально замещенные галогеналканы. Pix взаимодействие с фосфонитом 47 m situ позволило синтезировать новые функционально замещенные фосфиновые кислоты 60-65.

■)Br4CH,)o-NPhtb и . ,,

__ /— p —(СН,)п— N J _- / P (CHjJn-NHj

OH

n-2-4 63-65

При использовании Х-(со-бромалкил)фталимидов образуются a>-(N-

фталилимино)алкилфенетилфосфиновые кислоты 60-62, гидролиз которых дает соответствующие со-аминоалкилфосфиновые кислоты 63-65 (схема 13).

1.6.4. Реакция Абрамова на втором этапе синтеза. a-Гидроксиалкилфосфиновые кислоты

Методология синтеза фосфиновых кислот несимметричного строения получила дальнейшее развитие с использованием карбонильных соединений, которые реагируют е силилфосфонитами, образующимися в результате присоединения БСГ in situ к алкенам. Это превращение позволило получить ряд новых a-гидроксиалкилфосфиновых кислот 67-76 (схема 14).

Схема 14

t)RR'-C(O)

KPtOSiMe,),

OS ¡Me,

БСГ i_ "SU

X=CHPh(47X CHC(Q)OEt (66)

b) BOH<HjO>

OH R'

<7-76

X-CHC(0)0Et;

R = Ph,R'-H (67),R- К-Me(68),R = Ph, R'= Me(69), R - R - Ph (70),R = p-MeOC ,H,,R"-H(71).R -[bMr.N-C.H,. R -Я (72)

X - СНРЬ;

R - R'- Me (73), R = CHMe, , R"= H (74), R - Pb, R'- H (75), R = p-MeO-C , R'— H (76)

Фосфониты HX-CH2P(OSiMe3)2 (47,66), продукты присоединения БСГ in situ к молекуле активированного алкена (СН2=Х), способны в свою очередь in situ присоединяться по С=0 связи альдегида или кетона по типу реакции Абрамова. В результате образуются а-гидроксиалкилфосфиновые кислоты (67-76) после алкоголиза соответствующих силиловых эфиров (схема 14). В качестве непредельного компонента синтеза были исследованы этилакрилат и стирол, в качестве карбонильного компонента - ацетон, изомасляный альдегид, бензальдегид, п-(метокси)бензальдегид, п-(диметиламино)бензальдегид, ацетофенон, бензофенон.

Схема 15 Новые а-гидроксиалкилфосфиновые

№ он п (1

if кислоты 67-76 - относительно

он о хн м^ мг ^ термически нестабильные

X - снс(о)ое. (68), снрь (73) «р- 25 - 2» „д. кристаллические вещества.

Фосфиновые кислоты 68 и 73, содержащие 1-гидрокси-1-метилэтильный фрагмент (т.е. полученные из ацетона), наиболее неустойчивы и диссоциируют на исходные соединения, что подтверждает обратимый характер реакции Абрамова.

1.6.5. Синтез а-аминоалкилфосфиновых кислот.

Основапия Шиффа в качестве непредельного компонента

Однореакторный путь формирования двух несимметричных фосфор-углеродных связей путем постадийного присоединения промежуточных силиловых эфиров трехвалентного фосфора к разным алкенам по типу реакции Михаэля-Пудовика стал основой процедуры синтеза а-аминоалкилфосфиновых кислот.

Схема 16

HCOONH, Р<ГС

Z = CH,Ph Z-СНРЬ.

OH N-^

Р»

78-81

HPlOSiMi,), БСГ

-к

К

16.1 82 (R-I-Pr) R - Me (84), l-Pr (85), i~Bu (86), Ph (87)

Бис(триметилсилил) фосфо-нит, образующийся в результате присоединения БСГ in situ к стиролу (47) (схема 16) или а-замещенному акрилату (17.1) (схема 17), in situ присоединяется к

шиффовым основаниям.

Последние были предварительно получены из бензиламина, дифенилметиламина (схема 16) или тритиламина (схема 17) и соответствующих альдегидов. Схема 17

К

AlkO N

н>

по >-Р-'

inhci/ЕЮН

9 nh, на/цо F

, V—( «

OSIMe, 17 Л

/-Ч ?VH'

ЕЮ Р-'

Снятие N-защитных групп путем гидрогенолиза или кислотного гидролиза, а также удаление эфирной группы кислотным

гидролизом приводит к свободным а-аминоалкил-t190 „" фосфиновым кислотам 83-90

R = H (88), i-Bu (89), CH,CH,C(0)0H (9Л); R - Н, I-Bu, CH,CH,C(0)0Et (сХеМЫ 16-18).

Процедура синтеза псевдо-глицил-пептидов, a-аминометилфосфиновых кислот, включает использование N-тритилметанимина (схема 17), недостаточно устойчивого в условиях присоединения силиловых эфиров трехвалентного фосфора. Поэтому для синтеза аминометил-фенетилфосфиновой кислоты 83 мы заменили его на иминиевые тримеры - 1,3,5-TpHc(Z)-гексагидро-5-триазины 18.1, содержащие устойчивые бензильный (77) или днфенилметильный (18.2) заметители при атомах азота (схема 18).

Схема 18

Ph(CH,),-P

II

РЬ(СН,),-Р-^

ОН NHZ

77, Z - Be или (18.2.Z-CHPh ,)

О

HCOONH., Р.-1С ¡| -PMCHjlj-P-

ОН

■ли на (ивг)

Z = CH,Ph.CHPh,

(83)

1.7. Реакция Кабачника-Филдса при образовании второй фосфор-углеродной связи. 1.7.1. Силнлфосфоннты в трехкомпонентной реакции Кабачника-Филдса

Альтернативный подход к синтезу a-аминоалкилфосфиновых кислот - трехкомпонентный вариант реакции Кабачника — Фшдса с участием генерируемых in situ силилфосфонитов HXCH2P(OSiMe3)2 с последовательньм введением в реакционную среду аминного компонента и карбонильного соединения.

^HP(OSfMej),j

OSIMe, 19.1

ш. PhCK,NHj HX Ь. RCH(0) \

c.Et0H(H,0)

V»»1 к

-H

X - CHC(0)0Et (91), CHC(0)0H (92), C(i-Bu)C(0)0Et (93), CHPh (94) R:i-Pr,i-Bu,Ph

Схема 19 Удовлетворительные выходы

фосфиновых кислот (91-94) были получены для бензштамина в качестве аминного компонента реакции, для получения свободных . аминокислот

требуется гидрогенолиз.

Ввести в реакцию дифенилметиламин или тритиламин, как амины с более удобными для последующего удаления защитными группами, в данных условиях не удалось.

1.7.2. Фосфонистые кислоты в амидной версии реакции Кабачника-Филдса

Трехкомпонентная реакция с участием фосфонистых кислот и ацетамида в качестве аминного компонента в среде уксусного ангидрида привела к а-аминофосфиновым кислотам (9597) (схема 20) с умеренными выходами только при использовании ароматических альдегидов. Безуспешными были попытки ввести в реакцию алифатические альдегиды, а также фталимид, бензамид, трифторацетамид.

Схема 20

>ч

AlkO 44

R. ^ HP(OSIMe,),J

II _/"

ОН NH,

АсГ."Н,; РЬСН(О)

95-97 20J

R - Ме (95), i-Bu (96), СН,СООН (97); R - Me, i-Bu, CH,COOMe

Полученные результаты позволяют сделать вывод о необходимости поиска простой и эффективной процедуры введения в молекулу а-аминофосфорильной функции. Особый интерес представляет синтез N-защшценных а-аминофосфиновых соединений на основе фосфонистых кислот, содержащих структурный изостер природной аминокислоты, - короткий путь к фосфиновым кислым аналогам а,а'-дипептидов.

2. Развитие методологии синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот.

2.1. Первоначальное фосфорилирование с последующим присоединением аминокислотной

функции

Замена карбоксильной {С(0)0Н} группы в молекуле аминокислоты фосфонатным {Р(0)(0Н)г} фрагментом является наиболее распространенным приемом для построения молекул фосфоновых аналогов природных аминокислот. Этот подход позволяет получить большое число а-аминофосфоновых кислот, проявляющих разнообразную физиологическую активность. Замена ш-карбоксильной функции фосфонатным или фосфинатным фрагментом в молекуле моноаминодикарбоновых кислот приводит к необычному типу фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот (ФА).

OAIk R»AIk, AlkO

O Voh

R" — P —A-(

OH NH, ФА-кнслоты, R'-Alk, OH

I

OR

98-103,105-1C7(R=EI) IIO(R-Pb)

M

Ph- P -A

I

Такие аминокислоты проявляют высокие противоэпилептические, противосудорожные и другие свойства, определяющие процессы передачи и переработки информации в центральной нервной системе. Это обстоятельство обусловило необходимость разработки методов синтеза ш-фосфорильных аналогов и гомологов аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Проблема синтеза ю-галогеналкилфосфорильных соединений была основной в развитии методологии синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых (ФА) кислот, которая заключается в первоначальном фосфорилировании углеводородного фрагмента (А) с последующим присоединением аминокислотной функции и гидролизом продуктов алкилирования. Алкилирование ацетамидомалонового эфира 2-бромэтилфосфонатом протекает довольно легко и приводит после кислотного гидролиза к 2-амино-4-фосфономасляной кислоте (АР4).

Схема 21 Введение в процедуру

" ° алкилирования ацетамидо-

малонового эфира 3-

бромпропилфосфоната и его гомологов представляло

заметные трудности как при синтезе ю-галогеналкил

фосфонатов, так и при использовании их в качестве алкилирующих агентов (схемы 21,22). Как показали наши исследования, эфиры ш-галоген-алкилфосфоновых кислот, содержащие атом галогена в положении 3 или 4 относительно фосфорильного фрагмента, способны в соответствующих условиях образовывать циклические пяти- и щестичленные 1,2-оксафосфорильные соединения. Этот процесс значительно ухудшает результаты алкилирования С-Н кислот ш-галогеналкилфосфонатами и снижает общий выход целевой фосфорсодержащей аминокарбоновой кислоты.

(RO^POEt

А:СН,СН=СНСН ,(104) 0-CII ,С(Н.СН, (109)

X - Br, Cl; R - Et, Ph; У - Et, SIM5; R = ЕЮ, РЬ А: (CH,)n, и = 2-6; о-СЦС.Н.СЬЦ.р-СНЛЦСН,; CH.CH-CHCH,; СЦСН.ОС^СН,

Схема 22

г// \\

А

Оказалось, что 3-бромпропилфосфонат 98 и о-хлорметилбензилфосфонат 107 достаточно легко подвергаются внутримолекулярной циклизации с образованием соответствующих 1,2-оксафосфолана 116 и 1,2-оксафосфоринана 108 (схема 22). К этому времени был известен синтез 3-бромпропилфосфоната нагреванием триэтилфосфита с 20-кратным избытком а,<о-дигалогеналкана (K.Matoba и соавт., 1984).

2.2. Общий метод синтеза со-галогеналкилфосфорильных соединений. Модификация углеводородного фрагмента молекулы ФА Предложенный нами простой и общий метод синтеза ш-галогеналкилфосфорильных соединений заключается в постепенном добавлении соответствующего эфира трехвалентного фосфора к предварительно нагретому до кипения а,со-дигалогеналкану. В этом случае создается эффективный избыток дигалогеналкана по отношению к фосфорному компоненту в условиях, необходимых для образования связи Р-С, и побочной реакции циклизации не происходит. Таким способом с хорошими и удовлетворительными выходами были получены со-галогеналкилфосфорильные соединения 98-103, 105-107, 110, 111-115 (схема 21). Метод дает возможность синтеза продуктов с различной природой спейсера А, что позволяет проводить структурные модификации "канонической" молекулы ФА-кислоты путем алкилирования ацетамидомалонового эфира с последующим кислотным гидролизом образующихся со-фосфоноалкилацетамидомалоновых эфиров 117-122,133 (схема 23).

Схема 23

COOEt О

рдаее). ° х АсМКЩСООИ), Т HC1 о

оо-У-/ ---— ;р

L ЕЮ' ^^ ю ОН М^

98-103, 105-107 117-122 123-131

X = Br, С1;

А : (CHJn, и - 3 (98,99,117,123), 4 (100,118,124), 5 (101,119,125), 6 (102,120,126), 10 (121,127) CHjCH-CHCH, (103,131), о-СНгС,Н4СН, (107), р-СН2С,Н4СН, (106,122,128), СН,СН,ОСН,СН, (105,129)

Получен ряд фосфоновых аминокарбоновых кислот, содержащих углеводородные цепочки различной длины, а также эфирный, ароматический или непредельный фрагменты (123-131) (схема 23). Необходимо отметить, что непредельный аналог АР5 - 2-амино-5-фосфоно-4-пентеновая кислота (130, АР5-ен) был синтезирован из аллилфосфоната 24.1, последовательность превращений включала стадии бромирования, дегидробромирования и другие реакции в представленные на схеме 24, так как использование общего метода синтеза со-галогеналкилфосфонатов в этом случае невозможно.

Схема 24

соов

NHAe

'W

"И,

130, APS^e

Синтез другого непредельного аналога - 2-амино-6-фосфоно-4-гексеновой кислоты (131, АРб-ен) осуществлен с использованием общего метода синтеза й-галогеналкилфосфонатов и дальнейшей процедурой синтеза аминокислот в соответствии со схемой 23.

23. Методология синтеза ФА кислот с "обратным построением" целевой молекулы

Нами предложена альтернативная методология синтеза ФА, которая устраняет необходимость синтеза со-галогеналкилфосфонатов и заключается в обратном порядке

построения целевой молекулы - в первоначальном присоединении аминокислотной функции к углеводородному фрагменту (А) с образованием ю-галогеналкилацетамидомалоновых эфиров 136143, последующем их фосфорилированием и гидролизом промежуточных ш-фосфорилалкилацетамидомалоновых эфиров (117-122,149) (схема 25).

Схема 25

Voh

- °-vA~\

✓ РЧ "И, но он

123-127,129,131

C(0)0Et C(0)0Et 25.2 144-148

117-122,149 (R=Me)

1 - AcNHCH(COOEt) 2; 2 - (ЕЮ),РНО/К,СО, или (ЕЮ) 3Р или (МеО) 3Р; 3 - HCl X«Br,Cl; А:(СН ,)n, п - 3 (117,123), 4 (118,136,124,144 \ 5 (137,119,125,145 ), 6 (138,120,126,146), 10(140,121,127 ) СНгСН,ОСНгСН, (141,129),О-СН гСйН4СПг (142,147), CH2CH=CHCH, (143,148,149,131 )

Ключевые полупродукты - эфиры 136-143 - были получены взаимодействием избытка а,ш-дигалогеналканов с ацетамидомалоновым эфиром.

Как развитие идеологии "обратного построения" целевой молекулы мы совместили процессы фосфорилирования и образования фосфорилирующего агента в одном реакционном сосуде. Так нагревание смеси фосфористой кислоты и ю-галогеналкилацетамидомалонового эфира (136-143) в гексаметилдисилазане, генерирование in situ фосфорилирующего агента -{трис(триметилсилил)фосфита} 26.1, - и его взаимодействие с эфирами 136-143 приводит с хорошими выходами к силилфосфонатам 26.2.

Схема 26

X _г

te3SiO А—1—1

C(0)0fj NHAc C(0)0Et

НЮ

V NHA

м-

NHAc

С(0)0а С(О)0В

/

С(0)0Й

А-[—NHAc

C(OX>R 136-143

I P(OSiMe3), I 26.1

E^NH

26J 150-153

J CH(OMe)

МеО о

:х

/Рч { МеО А——|

NHAc

CfOJOEt QO)OQ

НО ,о

X г>

НО А-(

124-129, 131, 162,163

Х = Вг, С1;

А - (СН,)» ,11 - 4(136,150,158,124), 5(137,151,154,159,125), 6(138,152,160,126), 7(139,155,162), 10(140,153,161,127), 01,01,001,01,(141,156,129), о-СН,С,Н,СН,(142,157,Ш), СН,СН-СНСИ,(143,131)

При алкоголизе последних образуются соответствующие со-

фосфоноалкилацетамидомалоновые эфиры, которые были выделены в виде фосфоновых кислот 150-153, диметиловых эфиров 154-157, а также диэтиламмониевых солей 158-161. Последующий гидролиз кислот 150-153 или эфиров 154-157 дает целевые фосфоновые аминокарбоновые кислоты 124-127,129,162,163.

2.4. оФосфиноксидные аналоги моноаминодикарбоновых кислот.

Модификация фосфорсодержащего фрагмента молекулы ФА, синтез фосфиноксидов в методологии "прямого" и "обратного" построения целевой молекулы аминокислоты

В ряду фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот (ФА) наиболее известны фосфоновые и фосфиновые аналоги и гомологи глутаминовой кислоты - 2-амино-4-фосфономасляная (АР4), 2-амино-5-фосфоновалериановая (АР5) и 2-амино-7-фосфоногептановая (АР7) кислоты, обладающие психотропными свойствами, а также производные 2-амино^-метилфосфиномасляной кислоты (фосфинотрицина), известной своими высокими гербицидными свойствами. ФА кислоты фосфиноксидного типа в литературе не описаны.

Настоящая глава посвящена дальнейшему развитию методологии синтеза ФА кислот на примере соединений фосфиноксидного типа. Синтезированы аминокислоты общей формулы Ph2P(0)-(CH2)n-CH(NH2)C00H (164-168), представленные на схеме 27.

В соответствии с раннее предложенной методологией "прямого" и "обратного" построения молекулы ФА. кислоты, фосфиноксиды-аминокислоты 164-168 были получены двумя способами. Первый способ заключается в фосфорилировании а,о-дигалогеналканов с образованием со-бромалкилфосфиноксидов 111-114, алкилировании последними ацетамидомалонового эфира и последующем кислотном гидролизе продуктов алкилирования 169-173.

Другой метод использует "обратный" порядок построения целевых молекул 164-168 : присоединение к углеводородной цепочке аминокислотной функции в виде ацетамидомалонового фрагмента с образованием щ-бромалкилацетамидомалоновых эфиров 136-138, фосфорилирование последних и гидролиз продуктов реакции - фосфиноксидов-эфиров 169-173.

В качестве фосфорсодержащего компонента была выбрана дифенилфосфинистая кислота. Нагревание смеси со-бромалкил-ацетамидомалоновых эфиров 136-138 и Ph2PHO в кипящем гексаметилдисилазане приводит с хорошими выходами к фосфиноксид-а-аминокислотам 166-168. Особенностью метода является предложенный нами

1) Ph,POSiMe , ; 2) Na*C"(NHAcHCOOEt) ,; 3) AcNHCH(COOEI) . < K,("<), или Cs,CO,;

4) PhjPHO / К, CO,; 5) PbjPHO + (Me 3SI)iNH ; 6) HCI; 7) Dowe*50W(H •) Прием СОВМеЩеНИЯ ПрОЦеССОВ

фосфорилирования и образования фосфорилирующего агента (Ph2POSiMe3) в одном реакционном сосуде.

2.5. Двойная реакция Арбузова.

Бис(ш-амино-о)-карбоновые) фосфиновые кислоты симметричного строения

Дальнейшее развитие методологии совмещения процессов образования фосфорилирующего агента и фосфорилирования в одном реакционном сосуде и методологии формирования двух фосфор-углеродных связей из гипофосфитов позволяет осуществить one-pot процедуру двойной

Схема 27

м

РЬ — р—(СН,)«-Вг

-(СН,).-}-^

II

т?

•«И 0В " 'C.NHOB

V4""" Ь V'

Р1-Р-(СН,).-<^

перегруппировки Арбузова с использованием 2 экв. ш-галогеналкилацетамидомалоновых эфиров 136-138,141,142. В соответствии с разработанной нами процедурой формирования двух фосфор-углеродных связей, представленной в первой части работы, бис(триметилсилил)гипофосфит (БСГ) in situ взаимодействует по типу реакции Арбузова с молекулой со-галогеналкилацетамидомалонового эфира. Промежуточное гидрофосфорильное соединение (см. главу 1) в присутствии гексаметилдисилазана образует силилфосфонит 28.1.

Схема 28

О, A-C(NHAc)(COOEt)j

[HP(OSiMe,),l -I БСГ

^OSiMe, ЕЮ(0)С A—Р^

/\ OS ¡Me, ЕЮ(0)С NHAc

но' А-С(МНАс)(СООЕ1), P

5 H,N P..

„ J)—OH

fl <r

ЕЮ—P-A—C(NHAeKCOOEI), 179-183

A-C(NHAcXCOOEt), 175,176

1 - X-A-C(I4HAc)(COOEt),; 2 - (Me ,Si),NH; 3 - EtOH; 4 - CH(OEt),; 5 - HC1(H,0) X = Br, CI;

A - (CIIj)4 <174,179); (CH,)5 (175, 180); (CH2), (176,181); CI^CH.OCIIjCH, (177,182); o-CH,C,H,CH2 (178,183)

Взаимодействие последнего in situ со второй молекулой галогенида 136-138, 141, 142 по реакции Арбузова приводит к образованию второй фосфор-углеродной связи.

Фосфорсодержащие продукты симметричного строения выделяли хроматографией на силикагеле в виде кислот (174,177,178) или соответствующих этиловых эфиров (175,176), полученных при обработке "сырого" продукта избытком триэтилортоформиата. Фосфиновые кислоты (174,177,178) и эфиры (175,176) подвергали кислотному гидролизу с последующей ионообменной хроматографией на катеоните. В результате были выделены новые бисаминокарбоновые кислоты симметричного строения, содержащие в центре молекулы гидроксифосфорильную функцию. Новые фосфиновые бис(со-амино-ш-карбоновые) кислоты 179183 представляют собой кристаллические вещества, плавящиеся с разложением.

2.6. Синтез фосфиновых ш-амино-ю-карбоновых кислот несимметричного строения на основе one-pot формирования двух фосфор-углеродных связей

Фосфиновые и фосфоновые аналоги глутаминовой кислоты ингибируют глутаминсинтетазу, проявляют гербицидную активность, а также являются лигандами N-метил-О-аспартатных рецепторов и обладают противосудорожными свойствами. Проницаемость кислот через гемато-энцефалический барьер является, очевидно, одним из основных факторов, определяющих их физиологическую активность. С этой точки зрения фосфиновые аминокарбоновые кислоты, содержащие липофильный фенетильный фрагмент при атоме фосфора, представляют интерес.

С помощью процедуры one-pot формирования двух фосфор-углеродных связей можно построить молекулу фосфиновой со-амино-ю-карбоновой кислоты несимметричного строения с использованием стирола в качестве непредельного компонента и бромидов 136-138,141, в этом случае вторая фосфор-углеродная связь формируется в результате реакции Арбузова.

Последовательность стадий включала взаимодействие гипофосфита аммония, гексаметилдисилазана и стирола, и последующее добавление со-бромалкилацетамидомалоновых эфиров 136-138,141 {без выделения промежуточных бис(триметилсилил)фенегилфосфонита 47 и

силиловых эфиров 29.1}. Алкоголиз силиловых эфиров 29.1 приводит к фосфиновым кислотам 184-186, которые превращали в метиловые эфиры 187-189 взаимодействием с триметилортоформиатом, так как последние удобно выделять хроматографией на силикагеле.

Схема 29

I PbCHjCHjPCOSlMejJj]

Br-A-C(NHAc)(COOEt),

Ph-

/—Р-А—I—COOEt OMí NHAc 187-189

EtOH/ЦО HC<OMe),

O COOEt

" I

-P—A--COOEí

OSlMe, NHAc 29.1

OOEl COOEt NHAc

H.N yO

X

г

он

190-193

А "(СН,), (136,184,190), (СНг), (137,185,187,191), (СНД (138,186,188,192), СНгСН2ОСН2СН, (141,189,193)

Целевые фосфиновые ш-амино-со-карбоновые кислоты 190-193 получали кислотным гидролизом фосфиновых кислот или их эфиров.

2.7. Синтез аналогов глутаминовой кислоты 2.7.1. Триалкилортоформиаты как дегндрогалогенирующие реагенты.

Синтез вннилфосфорильных соединений

Винилфосфорильные соединения, структурные изостеры акриловых производных - удобные объекты для введения аминокислотной функции и синтеза фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты. В этой связи актуальным является поиск удобных методов получения вннилфосфорильных соединений. Нами впервые обнаружены дегндрогалогенирующие свойства триэтилортоформиата.

При попытке этерификации фосфиновых кислот 30.1, содержащих Р-бромэтильный заместитель (схема 30) при нагревании (З-бромэтилалкилфосфиновой кислоты в избытке триэтилортоформиата одновременно с этерификацией кислотной Р-ОН группы происходит дегидробромирование с образованием соответствующего винилфосфорильного соединения.

Схема 30

1.(Me,Si),NH,

2. BrCHjCHjBr

4. CH(OEt)j R'

30.2 194', 195'

30.1 197,199,201

194,195,196,198,200

R - OH,Alk; X - OSÍMe , (194'), Me (195 ); Y - Ph (197), »- C,H„ (199), Ph CH,CH, (201) R'- OEt (194), Me(195), Ph (196), я-С,Н„ (198),PhCl^CH, (200)

В спектре ЯМР 31P реакционной массы наблюдается смещение сигнала 5Р при 40-50 м.д. в область 5р 30-40 м.д.; а в спектре ЯМР 'н исчезают мультиплеты в области 1.95-2.65 и 3.15-3.75

м.д., соответствующие двум метиленовым группам p-бромэтильного заместителя, и появляются сигналы в области 5.95-6.50 м.д., соответствующие протонам винильного фрагмента.

В ходе реакции мы отбирали низко кипящую фракцию на выходе из обратного холодильника. В спектре ЯМР 'Н этой фракции в области от 1 до 2 м.д. присутствуют триплеты трех метильных групп, приписываемые этилбромиду («=1.8 м.д.), этилформиату («1.1 м.д.) и этанолу (»1.2 м.д.). В области 3.1 -3.9 м.д. - наблюдаются также сигналы метиленовых групп этилбромида и этанола, и квадруплет 5-4.2 м.д., которые можно отнести к СН20-фрагменту этилформиата, в этом же интервале (3.5-4.2 м.д.) находится сигнал гидроксильного протона этанола; синглет с 5-8.0 м.д. соответствует протону этилформиата. Реакцию дегидробромирования можно представить следующим уравнением:

RR'P(O)—СНд-СНгВг + CH(OEt),-- RR'P(O)—CH-CH, + EtBr + HC(0)0Et + EtOH

В процессе получения (3-бромэтилфосфорильных производных в качестве побочных продуктов образуются соответствующие 1,2-этиленбисфосфорильные соединения, для предотвращения этого процесса используют трех-пятикратный избыток дибромэтана. На данной стадии может происходить частичное дегидробромирование, возможно, под действием гексаметилдисилазана, который формально является вторичным амином. Чтобы исключить участие в реакции гексаметилдисилазана была изучена дегидробромирующая способность триэтилортоформиата на модельных соединениях - диэтил-Р-бромэтилфосфонате и дифенил-Р-бромэтилфосфиноксиде. Оказалось, что в этих случаях винилфосфорильные соединения получаются с выходом 75-86%. Диэтилвинилфосфонат образуется также при нагревании диэтил-Р-бром-этилфосфоната с триметилортоформиатом. При взаимодействии дифенил-р-хлорэтилфосфиноксида с тризтилортоформиатом наблюдается аналогичный процесс дегидрохлорирования, однако в этом случае для образования винилфосфиноксида требуется большее время (-12 часов) по сравнению с бромпроизводными, для которых было достаточно выдерживание в течение ~2 часов в аналогичных условиях.

Таким образом, триметил- и триэтилортоформиаты могут быть использованы в качестве дегидрогалогенирующих агентов в синтезе винилфосфорильных производных. Это особенно удобно при получении винилфосфинатов и винилфосфонатов, так как реакции дегидрогалогенирования и этерификации протекают в одном реакционном сосуде.

2.7.2. Синтез фосфипотрицина и других фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты Известно, что 2-амино-4-(метилфосфино)масляная кислота (фосфинотрицин), фосфиновая кислота природного происхождения, обладает рядом практически полезных свойств.

Разработан новый удобный метод синтеза фосфинотрицина и других фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты с использованием в качестве исходных соединений гипофосфита аммония, алкилфосфонистых и фосфористой кислот 31.1. Силилирование гидрофосфорильных соединений 31.1 и последующее взаимодействие образующихся силиловых эфиров трехвалентного фосфора 31.2 ш situ с избытком дибромэтана приводит, как было показано выше, к соответствующим силилфосфинатам, алкоголиз которых дает 2-бромэтил-алкилфосфиновые кислоты 31.3 (схема 31).

RP(OH),

(Me,SI),NH

RPfOSiMe,), 31.2

^ Q Ac!4HCH(COOEq

194-196,198.200

I

Схема 31

l.BrCHjCHjBr

NHAc

—-C(0)OEt

C(Q)OEt

CH(OD),

OEt

31.4; 204,206

R - ЕЮ (194), (OH) (209), Me (195,203,204 ), Ph (196,205, 20« ) Обработка последних избытком триэтилортоформиата в качестве дегидрогалогенирующего агента, приводит к ключевым полупродуктам синтеза - эфирам винилфосфиновых кислот 194-196, 198, 200. Присоединение к последним ацетамидомалонового эфира по Михаэлю ведет к фосфинатам 31.4. Некоторые фосфинаты (204, 206) были выделены и охарактеризованы, однако в большинстве случаев их без выделения подвергали кислотному гидролизу. Последующая хроматографическая очистка на катионите давала целевые аминокислоты - фосфорильные аналоги глутаминовой кислоты (44,203,205, 209).

Дегидробромирование 2-галогенэтилфосфорильных соединений с использованием триалкилортоформиатов было совмещено с one-pot процессом образования двух несимметричных фосфор-углеродных связей из гипофосфитов, описанным выше (схема 32). Стирол, акрилат и винилфосфонат были использованы в качестве непредельного компонента для формирования первой связи Р-С с последующим взаимодействием образовавшихся силилфосфонитов 32.1 с избытком дибромэтана по схеме перегруппировки Арбузова.

^ HPtOSiMe,), J есг

Схема 32

Х-СН,СН jPIOSiMtjlj J 2.1 41 (X-Ph)

i) ВгСН,СН,Вг, 61 EtOH

I

OH

32.1 291,46a CH(OEI), NHAc

C(0)0E1 AcNHCH(COOEi), с

C(0)0Et

Х - РЬ (200,201,208), С(0)0Е1 (281), Р(О)(ОЕ0, (46,46«) У = РЬ (207), С(0)0Н (286), Р(0)(0Н), (44)

Дальнейшие превращения проводились по приведенной выше схеме. Так, обработка промежуточной 2-бромэтилфосфиновой кислоты 32.2 избытком триэтилортоформиата приводила соответствующим винилфосфинатам, содержащим 2-(диэтоксифосфинил)этил- (46), 2-(этоксикарбонил)этил- (281) и фенетильный (200) заместители (схема 32). Использование винилфосфоната в качестве непредельного компонента синтеза фосфиновых кислот несимметричного строения было описано в разделе 1.6.2 , этилакрилата и других а-замещенных акрилатов будет рассмотрено в разделе 3.6, посвященному синтезу структурных изостеров пептидов - фосфиновых кислых псевдо-у-глутамилпептидов.

Введение в реакцию стирола в качестве непредельного компонента синтеза и образующегося силилфенетилфосфонита 47 in situ в обсуждаемую процедуру с сочетанием с последующей аналогичной последовательностью превращений приводит к новому аналогу фосфинотрицина -аминокислоте 207. Это соединение содержит липофильный фенетильный заместитель при атоме фосфора и образуется после кислотного гидролиза фосфината 208 - продукта присоединения по Михаэлю ацетамидомалонового эфира к винилфенетилфосфинату 200 (схема 32).

2,8. Модификация аминокислотного фрагмента молекулы фосфорсодержащей аминокарбоновой кислоты. Синтез а-алкилированных аминокислот.

2.8.1. Присоединение шиффовых оснований эфиров аминокислот к винилфосфорильным

соединениям

Методология синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот, представленная выше, позволяет провести достаточно широкую модификацию фосфорсодержащего фрагмента и углеводородной цепочки "канонической" молекулы. В этой главе предложена модификация аминокислотного фрагмента молекулы ФА, получены новые а-замещенные фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты 210-224 (схемы 33, 34), потенциальные лиганды NMDA рецепторов и метаботропных глутаматных рецепторов.

Это превращение может рассматриваться как дальнейщее развитие метода синтеза фосфорильных аналогов глугаминовой кислоты, представленного в предыдущей главе. Его особенность заключается в том, что к винилфосфорильным соединениям по Михаэлю присоединяется основание Шиффа 33.1, предварительно полученное из эфира соответствующей аминокислоты (схема 33). С использованием данного подхода можно вводить необходимый заместитель в а-положение аминокарбонового фрагмента исходной ФА-молекулы.

Схема 33

г-И

(X'>(Y)P(0>CH-CK,

зэл

k —f/ z ОА,к 33.1

!ЧН, ОА№

V

210 (Me). 211 (1-Рг), 212 (Pti)

33.4 Z-Me, Alk-Et X-Y-Ph (214) X'-HOOCCHjCH,, Y'-OH (216)

NH, О«

2J5 (M«>. 217 (1-Pr), 218 (CH,Ph>

SH, OH 219 (Me), 220 (J-Pr)

x - OH; Y - ОН, РЬСН,СН,, H0(0)CCH,CH,; Z = M«, l-Рг, Ph, CH,Ph; X'» OEt; Y' - OEt, РЬСН,СН,, ЕЮ(0)ССН,СНг; Alk - Me, Et-, X - Y = X - Y*-Pb,Z-Me

Соединения 33.1 получали из аланина, валина, фенилглицина и фенилаланина и вводили в реакцию с диэтиловым эфиром винилфосфоновой кислоты, этиловыми эфирами 2-(этоксикарбонил)этил(винил)фосфиновой кислоты и фенетилвинилфосфиновой кислоты (33.2) в среде тетрагидрофурана в присутствии карбонатов калия и(шш) цезия (схема 33).

2.8.2 Алкилирование шиффовых оснований эфиров аминокислот са-бромалкилфосфонатами

Другое направление модификации аминокислотного фрагмента молекулы ФА-кислоты заключается в алкилировании шиффовых оснований аминокислот (34.1) о>-бромалкилфосфонатами 34.2 (п=2-5) (метод синтеза разработан и описан в разделе 2.2 (схема 21,23). Алкилированные основания Шиффа, а-алкил-а-бензилиденамино-ш-(диалкилоксифосфинил)алкилкарбоновые эфиры (34.3), без выделения подвергали кислотному гидролизу.

Схема 34 о к о

Е10— Р — (СН,)п -|-^

О

ЕЮ^ и

^ Р<СН,)о-Вг

ВО

ОА1к 34.2, 0 = 2-5

]„ К,С01(С,,С0,)

ОВ N ^ ОА1к

Э-Р — (СН^п"!-^

ОН КН, он

210-212,221-224

210. Я - Ме (Ме-АР4), п - 2; 211. Я - 1-Рг (Рг'-АР4), п = 2; 212, Я — РЬ, и=2 (РЬ-АР4), 221. И - СН ,РЬ, п - 2 (Вп-АР4), 222. Я = СН,РЬ, п = 3 (ВП-АР5), 223. Я = Ме, п = 4 (Ме-АРб), 224. К Ме, и=5 (Ме-АР7)

В результате последующей хроматографии на катионите получали ФА-кислоты (210-212, 221-224). Таким образом, использование разработанной методологии позволяет модифицировать углеводородный, фосфорсодержащий и аминокислотный фрагменты фосфорсодержащей аминокарбоновой кислоты.

3. Новая методология синтеза псевдо-пептидов

Замена пептидной {С(0)>Щ} связи в молекуле дипептида фосфинатным {Р(0)СН2} фрагментом является перспективным подходом к дизайну молекул фосфиновых псевдо-пептидов - потенциальных ингибиторов природных ферментов. Как уже было отмечено выше, основой предложенной нами методологии синтеза псевдо-пептидов является получение функционально замещенных фосфиновых кислот из гипофосфитов с образованием двух фосфор-углеродных связей несимметричного расположения.

I. Фосфиновый кислый

псевдо-{у(Р(0)(С>Н)СН2}- II. Пептидный фрагмент

- с,а'- дипептид

Рис.10

Известный подход к конструированию молекул фосфиновых аналогов (I) дипептидов (II) (рис.10) включает два основных этапа: синтез »-защищенного аминоалкилфосфонистого компонента псевдо-пептида - фосфонистого аналога аминокислоты (А) и его последующее присоединение к а-замещенному акрилату с образованием псевдо-пептидного фрагмента (Б) [СЛа-в^гу, 1989].

Построение а-аминоалкилфосфорильного фрагмента пептида обычно состоит из четырех- и более стадий, поскольку необходимы введение и снятие защитных групп при атомах азота и

фосфора. Кроме того, реакция присоединения силилового эфира аминоалкилфосфонистой компоненты к акрилатам имеет свои ограничения, особенно при получении сложных аминоалкилфосфиновых синтонов или даже оказывается безуспешной.

Предложенная нами новая методология синтеза предполагает обратный порядок построения целевой молекулы: первоначальное присоединение гипофосфита к соответствующим акрилатам с образованием фосфонистых кислот, содержащих структурный изостер аминокислоты и последующее присоединение аминокислотной функции, в результате которого формируется молекула псевдо-пептида.

3.1. Синтез фосфонистых кислот, содержащих структурный изостер аминокислоты

С использованием методики присоединения бис(триметилсилил)гипофосфита in situ к акрилатам нами получены фосфонистые кислоты (225-229), содержащие структурный изостер соответствующей аминокарбоновой кислоты (схема 35).

Схема 35

^OSiMe, <|*i

1 г 1 2 ""Ч /~Р\ 3 А,к°\ /~ГГН

HjPOOX-- HPiOSiMe^,--- \-( OSWt, -_ \-( ¿>

БСГ OR OR

35.1 225а 225-229

I - (Me,Si),NH or (MtjSiyvH + NH,CI; 2 - Alk0(0)C-C(R)-CHs; 3 - Et0II(H,0) X - NH4 or K; R - H (225,225a), Me (226), 1-Bu (227), CHjCOOMe (228), CH,CH,COOEt (229)!

Alk = Me, Et

Мягкие условия синтеза исключают или сводят к минимуму образование продуктов двойного присоединения. Фосфонистые кислоты (225-229) или их силиловые эфиры 35.1 {бис(триметилсилиловый) эфир 2-(этоксикарбонил)-этилфосфонистой кислоты 225а был выделен и охарактеризован} были использованы in situ для получения соответствующих фосфиновых кислых аналогов пептидов - псевдо-а,а'-дипептидов, псевдо-у-аминобуганоилпептидов и псевдо-Y-глутамилпептидов.

3.2. Амидоалкилирование гидрофосфорильиых соединений Схема 36 R о

/) ♦ У—

о -г

-Н,0

Для синтеза фосфиновых аналогов а,а'-дипептидов 36.1 необходима удобная процедура введения в молекулу а-аминофосфорильной функции А с участием различных альдегидов. В этом случае можно осуществить амидоалкилирование фосфонистых кислот 225-229, содержащих струюурный изостер соответствующей аминокислоты (фрагмент Б) (схема 36).

Схема 37

хч и о

RCII(O) + Alk0C(O)NHj

Хч у0

Ас.Онл» О В О X 37.1 Г jj

ACjO / AcCl II 1 Д Y " ^ ^p-^N^O

или ACjO (H+) I - Alk0C(0)NHj

Нами найдены мягкие условия для взаимодействия метил-, этилкарбамата в качестве амидного компонента и альдегидов с различными гидрофосфорильными соединениями 37.1 в уксусном ангидриде при комнатной температуре. В результате трехкомпонентной реакции образуются ДГ-метилоксикарбонил- и №зтилоксикарбонил-а-аминоалкилфосфорильные соединения 230-240 (таблица 2) с хорошими и удовлетворительными выходами (схема 37).

Таблица 2. Л'-Метилоксикарбонил- и ЛГ-этилоксикарбонил-а-аминофосфорильные соединения 230-240

N X Y R Alk Выход, %

230 ОМе ОМе Ph Et *70; '67; r63

231 ОВи ОВи Ph Et •71; r53

232 Ме ОН Ph Et *59; "73; "77; r52

233 Ме ОН Ph Me '79; r61

234 Ме ОН i-Bu Et *33; '38; "48; r28

235 Ме ОН i-Pr Me •31

236 Ме он i-Bu Me "32; '51

237 носн2 он Ph Et "54

238 ЕЮС(0)СН2СН2 он Ph Et "57;"65;'71

239 ЕЮС(0)СН2СН2 он i-Bu Me •32

240 Et Et Ph Et •54

Примечание. Здесь и в таблице 3 даны выходы: а) при катализе TFA(10% mol), б) TSA(2% mol), в) в АсС1/Ас20 1:4), г) в Ас20, д) выход свободной аминокислоты, е) в реакции метилфосфонистой кислоты с соответствующим Л^'-алкилиден-бис(бензилкарбаматом), ж) с использованием диэтилацеталя уксусного альдегида.

Аминокислоты, содержащие ЛМзензилоксикарбонильную (Cbz) защитную группу более предпочтительны для осуществления дальнейшего пептидного синтеза. По этой причине нами использован бензилкарбамат и на его основе синтезирован ряд новых N-Cbz-защищенных а-аминоалкилфосфорильных соединений 241-254 (таблица 3).

Таблица 3. //-Бензилоксикарбонил-а-аминоалкилфосфорильные соединения 241-254

N X Y R Выход, %

241 OMe OMe Ph *63, "73, '69, r56

242 Me OH Me "■27, *67, '51, v62

243 Me OH Et "61/31

244 Me OH i-Pr "57, r30

245 Me OH i-Bu "46, "53, r33, '41, "''59

246 Me OH Ph '69, "76, r61, '63, "-'69

247 PhCH2CH2 OH Et "59, r35

248 PhCH2CH2 OH i-Pr "63/29

248 PhCH2CH2 OH i-Bu "31/68

250 HOCH2 OH i-Bu ""33

251 HOCH2 OH Ph '■"42

252 EtOOCCH(Me)CH2 OH Me *33, "57

253 EtOOCCH(Me)CH2 OH Ph •54, "63, '69, r43

254 Et Et Ph •51/67/41

Кислотный катализ {добавление трифторуксусной кислоты (TFA) или п-толуолсульфокислоты (TSA)} оказывает положительное влияние на протекание трехкомпонентной реакции в уксусном ангидриде. Эффективной средой для амидоалкилирования Р(0)Н-соединений является также смесь уксусного ангидрида и ацетилхлорида (4:1).

Попытки в этих условиях ввести в реакцию фталимид, ацетамид, трифторацетамид оказались безуспешными или малоэффективными. Мягкие условия амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений 37.1 с участием алкилкарбаматов позволили впервые обнаружить, выделить и охарактеризовать интермедиа™ реакции — N,N'-алкилиденбискарбаматы 37.2 (схема 37).

Прервав ход трехкомпонентной реакции на ранней стадии и анализируя выделенные продукты, мы обнаружили наличие в реакционной массе смеси Л^-алкилоксикарбонил-а-аминоалкилфосфорильного соединения (230-254) и соответствующего бискарбамата (255-263), соотношение которых зависели от реакционной способности реагентов и времени взаимодействия. С помощью хроматографии на силикагеле были разделены эти соединения и интермедиаты охарактеризованы в индивидуальном виде методами ЯМР 'Н,13С и 31Р спектроскопии.

(Гхсма 38

R R

\_H \ H

R\ / / RCFI(O) + R*C(0)NHj \_^ у-N

\-N \-R' \ АсОН / АсС1 / Ас 20 ) \-О /=°

° »1 ° 0 38.2

R=i-Bu, R =OEI (255); Вп (261) R-Ph, R'=OMe (256), OEt (257), OBii (262) R"=OBn, R=Me (258), Et (25»), i-Pr (260), 2-Me-Bu (263)

Эти данные довольно неожиданны, поскольку ранее более вероятными интермедиатами трехкомпонентной реакции считались ацетаты 38.2 (схема 38). Действительно, такие интермедиаты выглядят более предпочтительными, если механизм реакции включает стадию нуклеофильной атаки атома фосфора Р(0)Н-соединения на электрофильный углеродный центр 1-(ациламино)алкилацетата 38.2, содержащего хорошую уходящую ацетилокси-группу. Полученные нами результаты являются хорошим обоснованием для изучения двухкомпонентной реакции гидрофосфорильных соединений 39.1 с бискарбаматами 39.2.

Мы нашли, что предварительно синтезированные бискарбаматы 255-263 способны реагировать с гидрофосфорильными соединениями 39.1 в уксусном ангидриде или в смеси ацетилхлорида и уксусного ангидрида (1:4) при комнатной температуре с образованием целевых а-амидоалкилфосфорильных соединений 39.3 (схема 39).

Схема 39

Ьн Ас,о или Ц

N х ,о о 1

\ А^О + Н» \\

< h—OAIk + .Т _;__V

1 V Y H х^ \

о " или Ас,0/АсС1 А Y

и

..X

3« 39.1 39.3

И - Ме, 1-Ви, РЬ; X = Ме, ОМе, ОН, ОМе

Отметим, что в среде бензола или толуола, этанола, диоксана, тетрагидрофурана взаимодействия бискарбамагов с гидрофосфорильными соединениями не происходит.

Взаимодействие бискарбамата с Р(0)Н-компонентом в среде уксусного ангидрида является кислотнокатализируемым процессом, в отличие от раннее опубликованных отрицательных ' данных для трехкомпонентного варианта реакции. Реакция бискарбаматов с гидрофосфорильными соединениями в среде уксусного ангидрида протекает удовлетворительно на холоду без катализа, лучше с добавлением кислого катализатора (TFA или TSA), и заметно лучше реакция проходит в смеси уксусного ангидрида и ацетилхлорида, а также в среде ацетилхлорида, но в последнем случае происходит заметное дезалкилирование алкилоксифосфорильного и алкилоксикарбонильного фрагментов. Добавление трифторуксусной кислоты (TFA), п-толуолсульфокислоты (TSA) к смеси реагентов в уксусном ангидриде, а также проведение двухкомпонентного варианта реакции в смеси ацетилхлорида и уксусного ангидрида (1:4) приводят к заметному увеличению скорости реакции и выходов продуктов реакции.

Взаимодействие Л^У-изоямилидснбис(этилкарбамата) 255 и метилфосфонистой кислоты было исследовано с использованием метода спектроскопии 31Р ЯМР (рис. 11 и 12).

Схема 40

V

» / он /

" J/

к

Рис. 11. Зависимость доли продукта 234 в реакционной смеси {соотношения интегральных интенсивностей сигналов 31Р продукта 234 и суммы сигналов 3 'Р продукта и метилфосфонистой кислоты в спектре 31Р ЯМР смеси} от продолжительности реакции (часы) и кислого катализа в уксусном ангидриде): (1) - п-толуолсульфокислота (2 мол.%), (2) -трифторуксусная кислота (10 мол.%), (3) - в отсутствие катализатора заключить, что амидоалкилирование

Время реахции,ч

Полученные результаты позволяют гидрофосфорильных соединений представляет собой многостадийный процесс. Стадией, определяющей скорость реакции, вероятно, является протонярование атомов кислорода (С=0) или азота амидного фрагмента интермедиата - бисалкилкарбамата 41.1, с последующим выделением молекулы алкилкарбамата 41.2 и образованием промежуточного реакционноспособного (алкилоксикарбонил)иминиевого катиона (соли) 41.3 (схема 41).

Схема 41

и

ч

ACjO или AcCl •fH* из Р-Н компоненты

Z ЮАс или CI

Бискарбаматы 42.1 взаимодействуют с

413

гидрофосфорильными

4JJ

соединениями

42.2

(метилфосфонистой кислотой или диметилфосфитом) в уксусном ангидриде на холоду и

отсутствие кислотного катализатора. Однако, в уксусной кислоте образования соответствующих а-амидоалкилфосфорильных соединений 42.3 в этих условиях не происходит (схема 41). Следует отметить, что в обоих случаях кислотный катализ обусловлен уксусной кислотой, которая используется в качестве реакционной среды, или образуется в процессе взаимодействия Р(0)Н-компонента с уксусным ангидридом.

XYPH(O) 42.2 AlkO

—X— >

АсОН, 15-20 °С( ° 3 дня

Схема 42 AlkO 'XYPH(O) 42.2

ь

ACjO, 15-20 "С, 5-15 ч

X—Р-

---21

-«■- з !

R = i-Bu, Ph; X = Me, MeO; Y = MeO, ОН

Отсутствие реакции в среде уксусной кислоты и ее замедление в смеси уксусного ангидрида и уксусной кислоты наглядно подтверждается взаимодействием Л^А^-изоамилиден-бис(этилкарбамата) 255 с метилфосфонистой кислотой (рис.12).

Рис. 12. Зависимость доли продукта 234 в реакционной смеси {соотношения интегральных интенсивностей сигналов Э1Р продукта 234 и суммы сигналов J,P продукта и метилфосфонистой кислоты в спектре 31Р ЯМР реакционной смеси} от продолжительности реакции (часы) при разбавлении толуолом в соотношении (1:1) в: (1) уксусном ангидриде, (2) смеси уксусного ангидрида и ■ ^ ■ д ■ ' ^ уксусной кислоты и (3) в уксусной кислоте.

Полученные данные могут свидетельствовать о следующем:

1) исходный Р(0)Н-компонент и интермедиат (бискарбамат) непосредственно не участвуют в формировании фосфор-углеродной связи,

2) относительно слабая уксусная кислота способна обеспечить образование промежуточного ацилиминиевого катиона 41.3 в соответствии со схемой 41,

3) взаимодействие исходного Р(0)Н-компонента и генерируемого in situ ацилиминиевого иона также не приводит к образованию фосфор-углеродной связи,

4) исходный фосфорный компонент в уксусном ангидриде, вероятно, превращается в более реакционноспособное соединение по отношению к ацилиминиевому катиону.

Результаты исследования позволяют предположить, что соединением, непосредственно взаимодействующим с ацилиминиевым катионом 41.3, является Р-ОАс-производное трехвалентного фосфора 43.1 (схема 43). Р-ОАс-Форма 43.1, вероятно, является промежуточной между формами Р(0)Н и Р-С1, участвующими в равновесном процессе, который протекает в системе АсОН-АсгО-АсС! (схема 43).

Схема 43

X О + AljO (ил* AcCI)

Л —

„ , -ноле («ПН HCl)

\ \ О—р--/ Y

-Л^О

Вероятно, в среде ацетилхлорида гидрофосфорильные соединения 43.2 превращаются в соответствующие Рш-хлориды 43.3 через стадию образования соединений 43.1 (схема 43).

Увеличение содержания ацетилхлорида в смеси сдвигает равновесие в сторону образования хлоридов трехвалентного фосфора 43.3, а содержания уксусной кислоты - к образованию гидрофосфорильной формы 43.2. Возможно, уксусный ангидрид является более мягким и удобным растворителем-реагентом для образования Р-ОАс-производных 43.1 (схема 43). Мы обнаружили два сигнала атомов фосфора в области, характерной для соединений трехвалентного фосфора, в спектрах ЯМР 31Р растворов метилфосфонистой кислоты в ацетилхлориде и метилдихлорфосфина в уксусном ангидриде. Сигнал в области 5Р 198 м.д. соответствует атому фосфора МеРСЬ. По-видимому, второй сигнал в области 5р 185 м.д. соответствует одному из двух формально возможных Р-ОАс-производных МеР(Н)(0)0Н - {МеР(ОАс)С1 или МеР(ОАс)2}, образование последнего в избытке уксусного ангидрида представляется более вероятным.

С целью подтверждения генерирования in situ РОАс-производных трехвалентного фосфора в условиях амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений мы провели моделирование предполагаемой стадии образования фосфор-углеродной связи. В условиях, благоприятных и неблагоприятных для генерирования ацилиминиевого иона 44.1 из алкилиденбискарбамата 44.2, в реакцию вводили диэтилацетилфосфит 44.3. Последний использовали как предварительно синтезированный (схема 44), так и образующийся in situ из тетраэтилпирофосфита (схема 45).

H

U1

К

Схема 44

ОВо ACjO (+-Н1 г ОВи —1 к н ] с о / H о 44.1 н,с ЕЮ )= Г—о / сю 443

- H,NC(0)0Bb 134.6 мл.

îv4

ОВл

сн,

- о

А,

сн,

- ACjO

sM

"Та

Oil РЬ 44.4 21-7 ИЛ-

Полученные результаты подтверждают необходимость кислотного катализа для генерирования ацилиминиевого иона 44.1. Ацетилфосфит 44.3 (5р~134.6 м.д.) и бискарбамат 44.2 в уксусном ангидриде не образуют фосфонат 44.4 в отсутствие катализа (схема 44), его образование (5-21.7 м.д.) происходит только при наличии кислого катализа (АсОН или ТРА, -10 мол. %).

Схема 45

катион (соль) 44.1

О и —X" ""

' рч а) 1 экв. АсОН

О -<

б) или ТРА

EtO—Р^

OEt 129.7 мл.

EtO

ЕЮ <j>Et

ЕЮ- -О^О

45а 455

134.6 мл- 138.0 м.д. (Х-Ме) (X-CF,)

ЕЮ — Р-

катнои (соль) 44.1 | | H

r OEt H

44.4 21.7 мл-

V»

-Ас,О или Ac0C(0)CF,

Использование тетраэтилпирофосфита в качестве источника диэтилацетилфосфита 45а или диэтилтрифторацетилфосфита 456 также подтверждает образование ^-СЬг-а-аминофосфоната 44.4, при этом диэтилфосфит (5р~9.1 м.д.) не расходовался в процессе реакции (схема 45).

Ацилоксипроизводные трехвалентного фосфора 46.1 (схема 46) являются, вероятно, более реакционноспособными соединениями по отношению к ацилиминиевым катионам 46.2 в сравнении с исходными Р(0)Н-производными. Они содержат нуклеофильный атом фосфора и электрофильный углеродный атом АсО-группы и, следовательно, могут реагировать по типу реакции Арбузова (схема 46).

Нуклеофильный атом трехвалентного фосфора молекулы 46.1 атакует положительно заряженный атом углерода иминиевого катиона 46.2 с последующим формированием фосфор-углеродной связи. Затем быстро происходит атака аниона (Z) на электрофильный углеродный атом АсО-фрагмента промежуточного фосфониевого интермедиата 46.3, которая приводит к целевому а-амидофосфорильному соединению 46.4 (схема 46).

Таким образом, результаты наших исследований позволяют предложить новую версию механизма трехкомпонентной реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений в уксусном ангидриде. Этот многостадийный процесс включает стадии образования Л^Л^-алкилиден-бискарбаматов и формирования фосфор-углеродной связи, протекающее по типу реакции Арбузова, с участием генерированных in situ Р-ОАс-производного трехвалентного фосфора (46.1) и Лг-(алкилоксикарбонил)иминиевого катиона (46.2) (схема 46).

Y

V

Схема 46

Т. т У°л|

О^О R

R. ," о

OOL

Новая методика амидоалкипирования гидрофосфорильных соединений в смеси уксусного ангидрида и ацетилхлорида в мягких условиях может применяться с использованием как ароматических, так и менее реакционноспособных алифатических альдегидов. В результате образуются Л'-зашищенные а-аминофосфорильные соединения 230-254 с сохранением эфирных алкоксифосфорильных и алкоксикарбоксильньгх фрагментов целевой молекулы. Следовательно, данную процедуру можно рекомендовать для синтеза широкого ряда фосфиновых кислых псевдо-а.а'-дипептидов.

3.3. Реакция Арбузова /V-алкоксикарбонилимиииевых ионов и ацилфосфонитов, генерированных in situ трифторуксусным ангидридом

Новая идеология генерирования реакционных интермедиатов, образующих Р-С связь, позволила разработать метод синтеза ^-защищенных а-аминоалкилфосфиновых кислот (схема 47) с добавлением трифторуксусного ангидрида (TFAA) к смеси гидрофосфорильного соединения 47.1 и Л^лг-алкилиденбискарбамата 47.2 в растворе хлористого метилена или толуола на холоду с последующей водной обработкой.

Схема 47

/-Л

ЛА

X

О О 1) r.t, CH,CI, or MePh:

^-OAU ЦН,Р ^

47.2 155-263 X - Me, ElOCfOiCHjCH,, ElOCiOJCHtMtlCH,; R - Me, Et, i-Pr, t-Bu, CH(Me)CH,Me, Ph ; Alk- Et, CH,Pb

Данная процедура позволяет получить Я-алкилоксикарбонил-а-аминоалкилфосфиновые кислоты 232, 234, 238, 242-246, 252, синтезированные нами ранее и описанные в разделе 3.2, а также новые Д'-защкгдсггпыс аминофосфиновые кислоты 264-269 с хорошими и

удовлетворительными выходами (таблица 4). В качестве гидрофосфорильного компонента были исследованы метилфосфонистая кислота и фосфонистые кислоты - 2-(этилоксикарбонил)этилфосфонистая и 2-(этилоксикарбонил)пропилфосфонистая кислоты (таблица 4), содержащие структурный изостер глицина и аланина.

Порядок добавления трифторуксусного ангидрида к раствору смеси фосфонистой кислоты 48.1 и Л^-алкилиденбисалкилкарбамата 48.2 в хлористом метилене или толуоле при комнатной температуре определяет первоначальное генерирование Рш-ОАс-производного трехвалентного фосфора 48.3 in situ в результате взаимодействия фосфонистой кислоты 48.1 и TFAA (стадия А, схема 48) с выделением трифторуксусной кислоты. Последняя инициирует последующее генерирование iV-алкилоксикарбонилиминиевого катиона (соли) 48.4 in situ из N,N алкилиденбис(алкилкарбамата) 48.2 (стадия Б, схема 48).

Образование целевых а-

аминоалкилфосфиновых кислот (48.5: 232, 238, 252, 264-269) в среде органического растворителя подтверждает предложенный нами механизм. Атом фосфора бис(трифторацетил)фосфонита 48.3,

имеющий неподеленную электронную пару, атакует положительно заряженный углеродный атом N-

(бензилоксикарбонил)иминиевого катиона 48.4, в результате формируется связь Р-С (стадия В, схема 48). Атака аниона CF3COO" на электрофильный атом углерода ацильного фрагмента фосфониевого катиона 48.6 приводит к образованию целевого фосфината и регенерации молекулы TFAA.

Таким образом, процесс формирования новой фосфор-углеродной связи протекает по схеме реакции Арбузова и приводит к эфирам фосфиновых кислот 46.7, которые являются смешанными ангидридами соответствующей фосфиновой и трифторуксусной кислот. В отличие от классической реакции Арбузова нуклеофильная атака атома фосфора в данном случае направлена на катион, а не на электрофильный атом углерода нейтрального соединения. Вероятно, атака аниона CF3COO' ацильного фрагмента происходит сразу же после образования связи Р-С.

Оказалось, что оптимальным является эквимолярное соотношение реагентов - фосфонистой кислоты (48.1), Лг,Лг-алкилиденбис(алкилкарбамата) (48.2) и TFAA (таблица 21). Это соотношение может служить косвенным подтверждением того, что трифторуксусный ангидрид выступает в качестве не только катализатора реакции, но и реагента.

Схема 4»

CF,

° >=°

х_Ге ♦ . ^ <

ОН II II CF, X—Р!

О О \ /

48.: h—о

О 48Л

OAJk О Alt

«КМ V/'

N-^ О - A1 kt>C(0)NHj r/ н ^

48.4

Р.

OAlk

TUjs V* Л.Т

4------------ X—Р--N

\ \ / н 1 I "

. °К "V, V

ff м°

, X—р-

- TFAA

48.5:

232, 234,238, 242-246, 252, 264-269

В соответствии с предложенным механизмом реакции, он должен входить в состав образующихся продуктов, что было установлено с помощью спектроскопии ЯМР. Эти результаты находятся в согласии с полученными ранее данными и свидетельствуют о кислотно-катализируемом характере реакции.

Таблица 4. Л'-Защищенные-а-аминоалкилфосфиновые кислоты 232,234, 238, 242-246,252,264-269

N X R Alk 'Выход, %

232 Me Ph Et 57.6

234 Me i-Bu Et 62.3, "17.0, "42.3

238 ЕЮОССН2СН2 Ph Et 59.4

242 Me Me Bn 67.1

243 Me Et Bn 58.7,'14.1/31.7

244 Me i-Pr Bn 51.8/15.3

245 Me i-Bu Bn 64.2

246 Me Ph Bn 61.7

252 EtOOCCH(Me)CH2 Me Bn 37.5

264 Me CH(Me)CH2Me Bn 50.3

•265 EtOOCCH2CH2 i-Pr Bn 51.5

266 EtOOCCH2CH2 i-Bu Bn 49.4

267 EtOOCCH2CH2 Ph Bn 55.8

268 EtOOCCH(Me)CH2 i-Bu I Bn 28.3, "50.3

269 EtOOCCH(Me)CH2 CH(Me)CH2Me | Bn 30.7/48.5

Примечание: "1.0 мол.эквивалент TFAA; б0.5 мол.эквивалента TFAA; "0.8 мол.эквивалент TFAA; г1.5 эквивалента; "Фосфонистая кислота предварительно соупарена с уксусным ангидридом на холоду

3.4. Новый подход к синтезу некоторых труднодоступных фосфиновых кислых аналогов

аминокислот и пептидов

Попытки ввести в трехкомпонентную реакцию амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений некоторые малостабильные альдегиды и ацетали альдегидов были безуспешны или малоэффективны. В качестве стабильных синтетических эквивалентов таких альдегидов для реакции с гидрофосфорильными соединениями можно рассматривать N,N'~ алкилиденбискарбаматы. В соответствии с предложенным нами механизмом при добавлении трифторуксусного ангидрида к смеси бискарбамата и Р(0)Н-компонента в эквимолярном соотношении в органическом растворителе генерируются иминиевый катион и Pnl-0C(O)CF3 производное трехвалентного фосфора, образующие целевую связь Р-С продукта.

Этот подход позволяет синтезировать ряд труднодоступных фосфорильных аналогов аминокислот и пептидов. В качестве исходных соединений для синтеза алкилиденбискарбаматов 258, 255, 270, 271 и p-CN-бензилоксикарбонил) аминоакрилата 272 могут выступать ацетали альдегидов (схема 49).

Взаимодействие карбаматов и p-аминоакрилата с гидрофосфорильными соединениями протекает в органической среде с генерированием in situ высокореакционноспособных интермедиатов. Добавление 1 экв. трифторуксусного ангидрида к смеси реагентов приводит к образованию по схеме реакции Арбузова смешанных Ргу-0С(0)СРз ангидридов, водная обработка которых дает целевые продукты 234, 242, 273-275. В качестве исходных соединений были исследованы ацетали уксусного, изовалерианового, бензилоксиуксусного (49.1, R-СНгОВп), фенилуксусного (49.1, R=Bn) и этилоксикарбонилуксусного (49.2, R= CII2C(0)0Et) альдегидов.

ОМе (49.1)

Схема 49

NHC(0)0AIk

NHC(0)0Alk •) Ме-РН(0)0Н, О

KS, 258,270,271 \1«>С<°».° fl

-Mt—Р-( OAlk

«>н.° ¿н \

234,242, 273-275

-NHCbz

Et СЮ С—

t"

COOEt 49.2

NHCbz TFA

cf.co°' Ld

49.4

Alk - Et, Bn R = Me, t-Bu, СНгОВп, Bu, CH,COOEI

Таблица 5. Л-Ллкилоксикарбонил-а-аминоалкклметилфосфиновые кислоты

N R Alk Выход, %

234 i-Bu Et 55

242 Me Bn 53

273 CH2OBn Bn 53

274 Bn Et 51

275 CH2C(Q)OEt Bn 68

Интерес к использованию трех последних реагентов обусловлен тем, что образующиеся из них фосфиновые псевдо-пептиды или фосфорильные аналоги соответствующей аминокислоты представляют собой изостеры серинового, фенилаланинового и аспарагинового фрагментов, соответственно. В качестве гидрофосфорильного компонента была изучена метилфосфонистая кислота.

В реакцию были введены альдегиды, генерированные in situ из ацеталей в условиях кислотного катализа, который необходим также и для последующего взаимодействия альдегида с апкилкарбаматом с целью выхода к Д'^'-алкилиденбискарбаматам (258, 255, 270, 271). Присутствие трифторуксусной кислоты облегчает протекание процесса.

Ацетали уксусного, изовалерианового, фенилуксусного и бензилоксиуксусного альдегида, как и ожидалось, реагируют в уксусном ангидриде с 2 экв. алкилкарбамата в присутствии трифторуксусной кислоты с образованием соответствующего К.Ы'-алкилидснбискарбамата (258, 255, 270, 271). Однако, попытка синтезировать аналогичный бискарбамат с участием диэтилацеталя отилоксикарбонилуксусного альдегида и 2 экв. бензилкарбамата в присутствии 2.5 экв. TFA в уксусном ангидриде неожиданно привела к этиловому эфиру р-(N-бензилоксикарбонил)аминоакриловой кислоты 272 (схема 49). По-видимому, первоначально образуется бискарбамат 49.3, который в условиях кислотного катализа превращается в 7/-Cbz-p-аминоакрилат 272 с выделением молекулы бензилкарбамата и образованием промежуточного N-(бензилоксикарбонил)-иминиевого катиона (соли) 49.4. Превращению последнего в акрилат 272 способствует наличие электроноакцепторной сложноэфирной группы. Этот результат также может служить подтверждением предложенного нами механизма кислотно катализируемого образования //-алкилоксикарбонилиминиевых ионов из М.Л^алкилиденбискарбаматов при амидоалкилировании гидрофосфорильных соединений.

Бискарбаматы 258, 255, 270, 271 вступают в реакцию с метилфосфонистой кислотой и трифторуксусным ангидридом в толуоле или хлористом метилене. В соответствии с описанным выше механизмом, генерируемые реакционноспособные интермедиа™ взаимодействуют по схеме реакции Арбузова с образованием N-алкилоксикарбонил-а-аминофосфиновых кислот (242, 234, 273, 274). p-JV-Cbz-Аминоакрилат 272 реагирует с метилфосфонистой кислотой и трифторуксусным ангидридом в толуоле на холоду.

При последующей обработке водой выделяется соответствующая Л/'-СЬг-защищенная а-аминофосфиновая кислота 275 с хорошим выходом, что подтверждает генерирование in situ в условиях реакции соответствующих бис(трифторацетил)метилфосфонита и N-(бензилоксикарбонил)иминиевого иона.

Таким образом, предложен общий метод синтеза jV-алкилоксикарбонил-а-аминофосфиновых кислот, в том числе соединений, содержащих структурный изостерный фрагмент серина, фенилаланина и аспарагиновой кислоты. Этот подход позволяет получить ряд труднодоступных фосфорильных аналогов аминокислот и фосфиновых кислых псевдо-пептидов из ацеталей малостабильных альдегидов.

3.5. Развитие методологии синтеза псевдо-у-аминобутаноилпептидов

(фосфиновых аналогов пептидов у-аминомасляной кислоты) Ключевыми интермедиатами служили силиловые эфиры фосфонистых кислот 50.1, содержащих структурный изостер соответствующей аминокарбоновой кислоты. Эти соединения получаются in situ (схема 50) и взаимодействуют по типу реакции Арбузова с молекулой N-(3-бромпропил)фталимида и образованием второй фосфор-углеродной связи.

Этот подход позволяет синтезировать фосфиновые кислые псевдо-у-аминобутаноилпептиды А - псевдо-пептиды у-аминомасляной кислоты - аналоги пептидов ГАМК (Б), в молекуле которых одна пептидная связь замещена негидролизуемым метиленфосфорильным фрагментом (Рис.13). Такие соединения представляют интерес как эффективные лиганды ГАМК рецепторов.

Рис 13

С использованием а-замещенных акрилатов были получены псевдо-пептиды 276-280. Например, введение в реакцию этилакрилата в качестве непредельного компонента дает псевдо-у-аминобутаноилглицин {y-Abu-y(P02CH2)Gly} 276, применение этилметакрилата приводит к псевдо-у-аминобутаноилаланину {у-АЬи-у(Р02СН2)А1а} 277, использование этил-а-изобутилакрилата позволяет получить псевдо-у-аминобутаноилвалин {y-Abu-y(P02CH2)Val} 278, а диметилового эфира итаконовой кислоты - псевдо-у-аминобутаноиласпартат {y-Abu-V(P02CH2)Asp} 279 (схема 50).

Силилфосфониты 50.1 in situ взаимодействуют с ]У-(3-бромпропил)фталимидом по типу реакции Арбузова с образованием 2-замещенных-2-(алкоксикарбонил)этил-3-

35

(фталилимино)пропилфосфиновых кислот 503, которые могут быть выделены в индивидуальном виде, например, кислота 280.

Схема 50

H.POONH, -— I HPÍOSiMe,),] r,

БСГ —

■д О.

OSIMe, Р „

tJBr-íCHjíj-NPhth Ь) EtOH

Р —(CHj)j—NHj ОН 276-279

° L-(CH,,'-vO

ОН 0

50 3 280(R'-H,Alk-Et>

R = Н (276), Me Í277), ¡-Вп (278), СН,С(0)0Н (279); R'- Н, Me, Í Во, СН,СООМе Alt *= Me, Et

Последующий гидролиз приводит к соответствующим 2-замещенным 2-(гидроксикарбонил) этил-3-аминопропилфосфиновым кислотам - псевдо-у-аминобутаноилпептидам 276-279.

3.6. Методология синтеза псевдо^-глутамилиептидов.

3.6.1. Метод синтеза винилфосфиновых кислот, содержащих структурный изостер

аминокислоты

Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов с участием а-замещенных акрилатов (для образования первой связи Р-С) и избытка дибромэтана (для образования второй связи Р-С) был использован для получения эфиров винилфосфиновых кислот. Обработка образующихся in situ 2-бромэтилфосфиновых кислот 51.2 избытком триэтилортоформиата дает ряд эфиров винилфосфиновых кислот, содержащих структурные изостеры соответствующих аминокислот. Эти винилфосфинаты были использованы в качестве исходных соединений для присоединения аминокислотной функции и образования ряда псевдо-у-глутамилпептидов с хорошими выходами.

Схема 51

HjPOONI!«

у—( osiMí,

(О ^-Р

\

VCi

,n N-Р-

К_г/

to 4-Р-'

1. (Me jSiyiH; 2. ЕгО(0)С-С(Я>-СНг; 3. BrCH,CH,Br (-Me,Sffir); 4. EtOH; 5. CH(OEl)j!

Я': H (281), Me(282). 1-Bu(283), СН 1С(0)0Ме{284), СН jCH2C(0)0Et(285)

Конструирование псевдо-у-глутамилпептидов в соответствии с этой процедурой представляет собой двухстадийный процесс (схема 51, 52). На первой стадии осуществляется one-pot формирование обеих фосфор-углеродных связей. В результате образуются винилфосфинаты 281-285, содержащие p-R"-замещенный р-(алкоксикарбонил)этильный фрагмент - структурный изостер соответствующей аминокислоты в молекуле будущего псевдо-пептида (схема 52).

3.6.2. Синтез псевдо-у-глутамилпептидов Схема 52

о,

с

:(0)0Е» -МНАс

о

л

А1кО

п —Р—

АЛО -Р- С(0№В

С

■ОН

Я

[ЧН

281-285

52.1

1. Ас>'НСН(С0ОЕЦ/К,СО3; 2. НСЦгеПвх; <0\УПП 1Г- Н (281), Ме (282), 1-Ви (283), СН,С(0)0Ме (284), СЕ^О^ССООЕ! (285); к-н (286), Ме (287), 1-Ви (288), СН,С(0)ОН (289), С^СН^ООН (290)

286-290

Присоединение ацетамидомалонового эфира по Михаэлю к винилфосфинатам 281-285 в тетрагидрофуране приводит к соответствующим 2-11'-замещенным 2-алкоксикарбонил-этил-3-(М-ацетил)-амино-3,3-6ис(этоксикарбонил)пропилфосфинатам 52.1, Последние без выделения превращают в целевые псевдо-пептиды путем кислотного гидролиза и последующей ионообменной хроматографии на катионите. 2-Замещенные 2-гидроксикарбонил-этил-З-амино-З-(гидроксикарбонил)пропилфосфиновые кислоты 286-290 (псевдо-у-глутамилпептиды) были выделены с выходом 50-71% и охарактеризованы спектральными методами.

Таким образом, разработан общий метод синтеза псевдо-у-глутамилпептидов из гипофосфита аммония, представляющий собой двухстадийный процесс с образованием р-замещенных р-(алкоксикарбонил)этилвинилфосфинатов на первой стадии и присоединением аминокислотной функции на второй.

4. Методы синтеза энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот и

4.1. Асимметрический синтез энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот

Для синтеза энантиомерных со-фосфоно-а-аминокарбоновых кислот нами был использован разработанный ранее метод стереоселективного введения алкильного радикала в метиленовую группу глицина (Белоконь Ю.Н. с со!р., 1985).

Глицин взаимодействием с (/У-бензил-Х- или -Л-пролил)аминобензофеноном (53.1) был превращен в соответствующее шиффово основание (схема 53). Последнее в присутствии никелевых солей образует стабильный никелевый комплекс (53.2), содержащий 5- или Д-пролиновый фрагмент и метиленовую группу, активность которой повышена. Алкилирование активированного глицинового метиленового фрагмента 5"-пролинового никелевого комплекса (53.2) диэтил-со-галогеналкилфосфонатами 53.3 в присутствии щелочи приводит к образованию смеси диастереомерных комплексов 291-297 5,5- и ¿".й-конфигурации. Соответственно, при алкилировании хирального комплекса 53.2 (й)-конфигурации получается смесь и

диастереомеров. В обоих случаях соотношение диастереомеров б'.ф/З'.Л и составляет

-95/5. Разложением алкилированных комплексов 291-297 в 2И НС1 получены этиловые эфиры фосфорсодержащих аминокислот 298-304 с энантиомерной чистотой 95-97%, что определено методом лигандообменной хроматографии. Хиральные индуцирующие реагенты 5- и Я- (И-бензил-пролил)-о-аминобензофеноны (53.1) могут быть регенерированы при разложении комплексов 291-297 с выходом 93-97%.

фосфиновых псевдо-пептидов

Схема 53

А - (СН,)п, о - 1 - 4, СН,ОСН2, о-С,Н,; X - Br, С|

Свободные ю-фосфоно-а-аминокарбоновые кислоты 305-311 образуются при кислотном гидролизе этиловых эфиров 298-304 без заметной рацемизации с выделением энантиомерно чистых аминокислот из водного спирта. Фосфоновые аминокарбоновые кислоты 306,307, 299-311 получены в виде 5-энантиомеров, 2-амино-5-фосфоновалериановая кислота (АР5) выделена в виде Д-энантиомера 303, а в случае 2-амино-7-фосфоногептановой кислоты (АР7) получены оба оптических антипода S-энантиомер 307 и Л-энантиомер 308.

4.2. Ферментативный метод синтеза эпантиомеров аминокислот и псевдо-пептидов 4.2.1. Синтез энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот

Стереоселекгивность многих биологических мишеней часто непредсказуема, поэтому для изучения физиологической активности новых аминокислотных и пептидных производных обычно необходимо наличие обоих оптических антиподов. Для разделения рацемических смесей аминокислот использование ферментов наиболее предпочтительно, так как позволяет выделить оба энантиомера. С помощью ферментативного катализа можно синтезировать не только энантиомерные фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты, но и а-аминофосфиновые кислоты, а также энантиомеры псевдо-пептидов.

Нами предложен метод синтеза энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот, включающий ферментативный стереоселективный гидролиз Я-ацилированных производных аминокислот. На ключевой стадии в качестве биокатализатора была использована пенициллинамидаза (РсАт) в иммобилизованной форме, обладающая высокой (-10 -10 ) S/R-стереоселективностью гидролиза амидной связи в молекуле Я-фенилацетилированных производных аминокислот (Швядас В.-К. с сотр., 1991). В качестве объектов исследования были выбраны 2-амино-4-фосфономасляная (АР4) (209) (п=2), 2-амино-5-фосфоновалериановая (АР5) (123) (п=3) и 2-амино-7-фосфоногептановая (АР7) (125) (п=5) кислоты (схема 54), обладающие нейропротекторными свойствами. ДЗ-ЛГ-Фенилацетилированные производные аминокислот (312314) были получены в условиях реакции Шоттена-Баумана взаимодействием фенилацетилхлорида с ДЗ-аминокислотами (209,123,125).

Схема 54

54.1 R-N-РЬАс-ФА

Стадию ферментативного гидролиза рацемических Л'-фенилацетил производных аминокислот 312-314 контролировали методом ВЭЖХ, реакцию останавливали после превращения половины исходного количества амидного производного в свободную аминокислоту. Образующиеся ¿"-энантиомеры аминокислот S'-SIS (п=2), ,У-317 (п=3), 5-307 (п=5) с помощью ионообменной хроматографии на катионите отделяли от негидролизованной й-формы JV-фенилацетилированной аминокислоты 54.1. Кислотный гидролиз последней без заметной рацемизации приводит к Л-форме, что позволило выделить энантиомеры - Д-316 (п=2), Л-305 (п=3), Д-308 (п=5). Обе оптические формы аминокислот характеризовались более высокой (>99%) энантиомерной чистотой по сравнению с продуктами асимметрического синтеза.

2.2. Исследование предложенной процедуры ферментативного синтеза энантиомеров

аминокислот

С целью исследования границ применимости ферментативного синтеза энантиомерных аминокислот, мы использовали иммобилизованную пенициллинамидазу в качестве биокатализатора стереоселективного гидролиза jV-фенилацетилнрованных производных различного строения.

2.2.1. Синтез энантиомеров 2-метил-2-амино-4-фосфономаслянон кислоты МАР4

Известно, что а-алкилированные а-аминокислоты обладают свойствами лигандов метаботропных глутаматных рецепторов (MGluR). а-Метил-у-фосфоновый аналог глутаминовой кислоты - 2-метил-2-амино-4-фосфономасляная кислота (МАР4) (210) является агонистом одного из типов MGluR.

Нами впервые предложен ферментативный синтез R- и 5-энантиомеров МАР4 (схема 55) по аналогии с разработанным нами методом ферментативного синтеза энантиомеров ФА-кислот. Попытка ацилирования аминокислоты 210 с использованием классической процедуры Шоттена-Баумана оказалась неудачной. В отличие от а-незамещенных а-аминокислот потребовалось предварительное силилирование аминокислоты 210. Последующее взаимодействие силилированного производного 55.1 in situ с фенилацетилхлоридом приводило к целевой (N-фенилацетил)аминокислоте 318 после алкоголиза и удаления силильных групп.

Данный эксперимент представляет собой первый пример использования пенициллинамидазы (РсАт) для разделения а-замещенных а-аминокислот на энантиомеры.

Схема 55

|£l»o -12.1 • (CI, 6N HCI) 1. (Mt3SI),NH;2. а). 1'ЬСНгС(0>0. С). F.tOH (H.O); 3. PcAm, pll 7.5; Dow«(H>); 4. HCI rtftaj

Ферментативный гидролиз Л-фенилацетил-2-метил-2-амино-4-фосфономасляной кислоты R,5-318 протекал заметно дольше, чем гидролиз незамещенного аналога R,S-312 (схема 54) в тех же условиях (рН 7.5, температура 25-35°С). Несмотря на значительное время ферментативного гидролиза амидной связи, положительным результатом является сохранение высокой энантиоселективности пенициллинамидазы.

Гидролизованная S-319 и Л'-фенилацеталированная R-55.2 формы бьши разделены с использованием ионообменной хроматографии. Кислотный гидролиз соединения R-55.2 дал целевой энантиомер Л-320 без заметной рацемизации. Сравнение абсолютной величины оптического вращения R- и 5-форм, а также сравнение оптических, физико-химических и аналитических характеристик обоих антиподов с литературными данными подтверждает высокую оптическую чистоту полученных энантиомеров.

2.2.2. Ферментативный синтез энантиомеров фосфинового аналога фенилглицина

Следующим объектом исследования возможности ферментативного метода синтеза энантиомеров стал фосфиновый кислый аналог фенилглицина - а-амино-бензил-гидроксиметилфосфиновая кислота 251а, полученная амидоапкилированием гидроксиметилфосфонистой кислоты (см. предыдущую главу). Выбор этого соединения обусловлен интересом к ферментативному гидролизу амидной связи при а-аминофосфиновой кислой функции, характерной для фосфиновых кислых аналогов наиболее распространенного типа пептидов - а,а'-дипептидов, а также часто наблюдаемой склонности фенилглициновых производных к рацемизации, обусловленной подвижностью бензильного протона.

R- и S-энантиомеры фосфинового аналога фенилглицина бьши получены с использованием пенициллинамидазы (РсАт) в качестве биокатализатора гидролиза N-фенилацетилпроизводного 321. Последний был получен ацилированием аминокислоты 251а фенилацетилхлоридом в соответствии с классической реакцией Шотгена-Баумана (схема 56). Образовавшийся в результате ферментативного гидролиза ^-энантиомер 322 был отделен от негидролизованной R-(N-фенилацетил)аминокислоты 323 методом ионообменной хроматографии.

40

II

— р—1

I

он

14,5-251«

Схема 56

МП, РЬСН,С(0)С1

\

РЬ

но

РЬ он он

И"

5-322 , -83" (С 1.0, Н,0)

н он он РЬ —Р —^ нс' N11,0

о

II

-р

ОН РЬ 1^-321

1)РсАт. 2) Оо\«ж 50»'X (Н *)

Н ОН ОН РЬ |— Р —^

ХН о

К-324

ЩИ„, +8.2" (С 1.0, Н.О) №,<

Обычно не выделяемая в индивидуальном виде Л-Л^-ацилированная форма, в этом эксперименте была получена в виде белого кристаллического вещества, очищена, и охарактеризована. Кислотный гидролиз соединения й-323 протекал без заметной рацемизации и дал оптический антипод Д-324.

2.2.3. Синтез энантиомеров псевдо-у-глутамилглицина Осуществлен ферментативный синтез энантиомеров псевдо-у-глутамилглицина (схема 57). Рацемический псевдо-у-глутамилпептид 286 №ацилировали с хлорангидридом фенилуксусной кислоты и получили 2-(гидроксикарбонил)этил-3-(Лг-фенилацетил)амино-3-гидроксикарбонил) пропилфосфиновой кислоты Л,^-325 в соответствии с классической процедурой Шоттена-Баумана (схема 57).

Схема 57

к-323 -193" (С 1.0, ЕЮН)

1. РсАт, рН 7.5 1. Си«,х(1Г)

I Л-3261 52.1

4-327

-20.8*(С1,61ЧНС1>

тл

"н, О

в -316

Щм0 +283 " (С I, 6N на)

После стадии ферментативного гидролиза использовали хроматографию на катионите, что позволило разделить 5-энантиомер псевдо-у-глутамилпептида 326 и негидролизованную Д-форму ДГ-фенилацетил-аминокислоты 326 (52.1). Последнюю без выделения гидролизовали с образованием Д-энантиомера псевдо-пептида 327.

Таким образом, использование пенициллинамидазы на ключевой стадии ферментативного стереоселективного гидролиза позволило разделить рацемические смеси аминофосфиновых и

аминофосфоновых кислот различного строения, что позволяют рекомендовать данную процедуру для синтеза энантиомеров широкого ряда фосфорсодержащих аминокислот и фосфиновых псевдопептидов.

Выводы

1. Найдена двойная реакция Арбузова для гипофосфитов.

2. Предложена и реализована новая методология последовательного формирования двух фосфор-углеродных связей путем последовательного присоединения генерированных in situ производных трехвалентного фосфора к алкенам по типу реакции Михаэля-Пудовика, а также первоначального присоединения гипофосфита к алкену с последующим взаимодействием образовавшегося фосфонита с соответствующими электрофила™ по типу реакции Арбузова, Абрамова, Кабачника-Филдса, Михаэля-Пудовика.

3. Разработан общий метод синтеза циклических фосфиновых кислот и метод синтеза диалкилфосфиновых кислот симметричного и несимметричного строения.

4. Разработан общий метод синтеза со-галогеналкилфосфорильных соединений и общая процедура синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот.

5. Обнаружены дегидрогалогенирующие свойства триалкилортоформиатов и разработан новый общий способ получения винилфосфорильных соединений, что позволило предложить общий метод синтеза фосфинотрицина и других фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты.

6. Разработаны новые подходы к синтезу фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот и новая методология синтеза фосфиновых псевдо-пептидов.

7. Обнаружены, выделены и охарактеризованы iV.iV'-алкилиденбискарбаматы в качестве стабильных интермедиатов реакции амидоалкилирования гадрофосфорильных соединений.

8. Предложен новый механизм амидного варианта реакции Кабачника-Филдса, включающий стадию образования связи Р-С по типу реакции Арбузова генерированных in situ N-(алкилоксикарбонил)иминиевого катиона и Р-ОАс производного трехвалентного фосфора.

9. Показана перспективность амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений в органических растворителях, что позволяет в мягких условиях синтезировать ряд Л^-защищенных псевдо-а,а'-дипептидов, труднодоступных другими методами синтеза.

10. Разработаны общие методы синтеза псевдо-у-глутамилпептидов и псевдо-у-аминобутаноилпептидов.

11. С использованием ферментативного катализа получен ряд энантиомеров фосфоизостеров аминокислот и пептидов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Простой способ получения диалкилфосфиновых кислот. // Изв. АН СССР, сер. хим. 1988. Вып.И. С.2652.

2. В.В.Рагулин, В.В.Григорьев, В.А.Неманова, Е.Н.Цветков. Исследование противосудорожной активности антагонистов глутаматных рецепторов. // Хим.-фарм. журн. 1988. Т.22. N3. С.275-277.

3. В.В.Григорьев, В.В.Рагулин. Действие фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот на нервно-мышечную передачу мясной мухи. // Нейрофизиология. 1988. Т.20. N2. С.256-259.

4. В.В.Рагулин, В.В.Григорьев, Е.Н.Цветков. Способ получения огалогеналкилфосфонатов. // Авторское свидетельство СССР N1410489. Б.И.1990. N34. РЖХим.1991. ЗН169П. Приоритет от 17.11.86 г. Патент N1410489. Россия.

5. В.В.Рагулин, МЕ.Бофанова, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение I. Способ получения соединений фосфонатного типа. // Изв. АН СССР, сер. хим. 1989. Вып. 11. С.2590-2595.

6. В.В.Рагулин, В.В.Григорьев, В.А.Неманова, Е.Н.Цветков Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение III. Соединения с о-ксилиленовым фрагментом. // Хим.-фарм. журн. 1991. N 3. С. 50-52.

7. V.V.Ragulin, M.E.Bofanova, E.N.Tsvetkov. Phosphorus - containing aminocarboxylic acids. IV. A convenient method of phosphonic acids synthesis. // Phosphorus, Sulfur and Silicon. 1991. V. 62. N 1. P. 237-241.

8. В.В.Григорьев, В.В.Рагулин, В.А.Неманова. Видовые различия в действии конкурентных антагонистов NMDA рецепторов в нейронах гиппокамиа мышей и крыс. // Доклады РАН. 1992. Т.326, N4, С.742-745.

9. V.V.Ragulin, N.R.Kurdyumova, E.N.Tsvetkov. Phosphorus - containing aminocarboxylic acids. V. Method for the synthesis of phosphinic acids. // Phosphorus, Sulfur and Silicon. 1994. V. 88. N 2. P. 271-274.

10. В.В.Рагулин, Н.Р.Курдюмова, Е.Н.Цветков. Синтез ациклических и циклических диалкилфосфиновых кислот на основе гипофосфита аммония. // Ж. общ. химии. 1994. Т.64. Вып.З.С.419-422.

11. Е.Н.Цветков, В.И.Еэреинов, В.Е.Баулин, В.В.Рагулин, Н.А.Бондаренко, З.Н.Вострокнутова, З.В.Сафронова. Фосфорсодержащие поданды. XIII. Лиганды с литий-натриевой избирательностью в ряду бис[о-(2-дифенилфосфинилэтил)фениловых] эфиров олигоэтиленгликолей и их аналогов. // Ж. общ. химии. 1995. Т.65. Вып.9. С.1421-1431.

12. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Синтез винилфосфорильных производных. Триэтилортоформиат как новый дегидрогалогенирующий реагент. // Ж. общ. химии. 1996. Т.66. Вып.5. С.769-771.

13. Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение VI. Улучшенный метод синтеза 2-амино-5-фосфонопентановой кислоты. // Ж. общ. химии. 1996. Т.66. Вып.7. С. 1093-1095.

14. И.Г.Андронова, В.И.Малеев, В.В.Рагулин, М.М.Ильин, Е.Н.Цветков, Ю.Н.Белоконь. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение VII. Асимметрический синтез фосфоновых аминокарбоновых кислот. // Ж. общ. химии. 1996. Т.66. Вып.7. С. 1096-1099.

15. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Синтез фосфиновых кислот на основе гипофосфита калия. // Ж. общ. химии. 1996. Т.66. Вып.8. С. 1402-1403.

16. С.В.Куликов, В.В.Григорьев, В.В.Рагулин. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. VIII. Синтез и исследование пептидов на основе 2-амино-5-фосфоновалериановой кислоты. // Хим.-фарм. журн. 1997. Вып.7. С.32-34.

17. N.R.Kurdyumova, V.V.Ragulin, E.N.Tsvetkov. Synthesis of Phosphinothricme and Other Phosphorylic Analogues of Glutamic Acid. // Mendeleev Commun. 1997. N 2. P. 69-70.

18. Н.Р.Курдюмова, Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. I. Акрилаты в качестве непредельной компоненты. // Ж. общ. химии. 1997. Т.67. Вып. 12. С. 1965-1969.

19. Н.Р.Курдюмова, Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. II. Стирол в качестве непредельной компоненты. // Ж. общ. химии. 1997. Т.67. Вып. 12. С. 1970-1973.

20. Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение IX. Фосфиноксиды. //Ж. общ. химии. 1997. Т.67. Вып.12. С. 1974-1976.

21. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение X. Синтез фосфиновых диаминокислот. // Ж. общ. химии. 1999. Т.69. Вып.7. С. 1122-1125.

22. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение XI. Синтез 2-амино-4-{(фосфоноэтил)фосфино} масляной кислоты. // Ж. общ. химии. 1999. Т.69. Вып.7. С. 1126-1128.

23. Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение XII. Синтез ненасыщенных аналогов. // Ж. общ. химии. 1999. Т.69. Вып.7. С. 1129-1133.

24. Л.Ф.Рожко, С.Г.Клочков, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение ХП1. Ферментативный синтез энантиомеров фосфоновых аминокарбоновых кислот. // Ж. общ. химии. 1999. Т.69. Вып.7. С. 1134-1137.

25. И.В.Саратовских, В.В.Калашников, В.В.Рагулин. Синтез а-замещенных фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот. // Ж. общ. химии. 1999. Т.69. Вып.7. С. 1218-1220.

26. V.V.Ragulin, L.F.Rozhko, I.V.Saratovskikh, N.S.Zefirov. Simple synthesis of 2-(hydroxycarbonyl)ethyl-3-amino-3-(hydroxycarbonyl)propyl phosphinic acid and related compounds. Patent of Japan B2000-18568. January 27.2000; Chem. Abs. 2001, AN 2001:552806.

27. V.V.Ragulin, L.F.Rozhko, I.V.Saratovskikh, N.S.Zefirov. Enzymatic method for the synthesis of enantiomers of 2-(hydroxycarbonyl)ethyl-3-amino-3-(hydroxycarbonyl)propyl phosphinic acid (pseudo-y-glutamylglycine) and derivatives. Patent of Japan B2000-18581 January 27.2000, Chem. Abs. 2001, AN 2001:574226.

28. В.В.Рагулин. Синтез фосфинового аналога глутамилглицина. // Ж. общ. химии. 2001. Т.71. Вып. 11. С. 1928-1929.

29. В.В.Рагулин. "One-pot" синтез а-аминофосфиновых кислот. // Ж. общ. химии. 2004. Т. 74. Вып. 1.С. 154-156.

30. Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. Ш. Синтез а-гидроксифосфиновых кислот. // Ж. общ. химии. 2004. Т.74. Вып. 7. С. 1177-1181.

31. В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. IV. Синтез псевдо-у-глутамилглицина и его энантиомеров. // Ж. общ. химии. 2004. Т.74. Вып. 8. С. 1273-1278.

32. В.В.Рагулин. Ферментативный синтез энантиомеров 2-метил-2-амино-4-фосфономасляной кислоты. // Ж. общ. химии. 2004. Т.74. Вып. 8. С. 1400-1402.

33. А.Н.Туранов, В.К.Карандашев, В.В.Рагулин. Экстракционные свойства бис(дифенилфосфинилэтил)фосфиновой кислоты в азотнокислых средах. // Радиохимия. 2005. Т.47, вып.З. С. 252-256.

34. Л.Ф.Рожко, В.В.Рагулин. а-Гидрокси-а-аминофосфиновые кислоты. I. Синтез нового аналога фенилглицина и его энантиомеров. // Ж. общ. химии. 2005. Т.75. Вып. 4. С. 571-574.

35. И.В.Саратовских, В.В.Рагулин. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Сообщение XIV. Синтез а-замещенных аналогов глутаминовой кислоты. // Ж. общ. химии. 2005. Т.75. Вып.7. С. 1140-1147.

36. L.F.Rozhko, V.V.Ragulin. Method for the synthesis of phosphinic acids from hypophosphites. V. The synthesis of pseudo - a, a'-dipeptides. II Amino Acids. 2005. V. 29. pp. 139-143.

37. В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. VI. Общий метод синтеза псевдо-у-глутамилпептидов. // Ж. общ. химии. 2007.1.11. Вып. 5. С. 763-768.

38. В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. VII. Синтез псевдо-у-аминобутаноилпептидов и других фосфиновых аналогов ГАМК. // Ж. общ. химии. 2008. Т.78. Вып. 9. С. 1422-1427.

39. А.Н.Туранов, В.К.Карандашев, В.В.Рагулин. Экстракция редкоземельных элементов из азотнокислых растворов дифенилфосфинилметил-2-фенилэтилфосфиновой кислотой. Ж. неорг. химии. 2009. Т.54, вып. 3. С.535-542.

40. M.E.Draitriev, V.V.Ragulin. New opinions on the amidoalkylation of hydrophosphorylic compounds. // Tetrahedron Lett. 2010. V. 51. N. 19. P. 2613-2616.

41. М.Э.Дмитриев, В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот на основе гипофосфитов. VIII. Синтез а-аминоалкил-фенетилфосфиновых кислот. // Ж. общ. химии. 2010. Т.81. Вып. 9. С.1446-1451.

42. М.Э.Дмитриев, А.Россинец, В.В.Рагулин. Амидоалкилирование гидрофосфорильных соединений. II Ж. общ. химии. 2011. Т.81. Вып. 6. С.898-910.

43. М.Э.Дмитриев, В.В.Рагулин. Ацетали и К,К'-алкилидетгбискарбамагы в синтезе N-защищенных а-аминофосфиновых кислот. И Ж. общ. химии. 2012. Т.82. Вып. 11. С. 1919-1922.

44. В.В.Рагулин. ш-Галогеналкилфосфорильные соединения, синтез, свойства. // Ж. общ. химии. 2012. Т.82. Вып. 12. С.1973-1981.

45. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Arbuzov-type reaction of acylphosphonites and N-alkoxycarbonylimine cations generated in situ with trifluoroacetic anhydride. // Tetrahedron Lett. 2012. V. 53. N. 13. P.1634-1636.

46. М.Э.Дмитриев, В.В.Рагулин. Ацилоксипроизводные трехвалентного фосфора в реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений. // Ж. общ. химии. 2013. Т.83. Вып. 10. С.1681-1687.

Тезисы коференций:

47. В.В.Рагулин, В.А.Неманова, В.В.Григорьев, Е.Н.Цветков. Исследование противосудорожной активности фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот как антагонистов глутаматных рецепторов. // Тезисы Всесоюзного совещания "Глугаматные рецепторы", М„ 1987, С.131.

48. В.В.Рагулин. Синтез диалкилфосфиновых кислот. // Тезисы Всесоюзной конференции по химии и химической технологии. М.,1989, С.231.

49. В.В.Рагулин, В.В.Григорьев, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты. Методы синтеза, физиологическая активность. // // Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Химия физиологически активных соединений." Черноголовка, 1989 г., С.201.

50. В.В.Рагулин, В.В.Григорьев, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты -новый класс противосудорожных веществ. // Тезисы докладов XIV Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. 1989г., М.,"Наука", Т.1. С. 476.

51. В.В.Григорьев, В.А.Неманова, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты - новый класс противосудорожных соединений, методы синтеза, физиологическая активность. // Тезисы докладов межреспубликанской научно-практической конференции «Синтез, фармакология и клинические аспекты новых психотропных и сердечнососудистых веществ» Волгоград, 1989. С.21-22.

52. В.В.Рагулин. Метод синтеза фосфиновых кислот. // Тезисы докладов V Московской конференции по органической химии и технологии, М., 1990 г., ч.П., С. 179.

53. V.V.Grigoriev, V.V.Ragulin, S.O.Bachurin. The action of glycine and antagonists on NMDA responses in the rat cortical neurons. // Proc. of 13th Congress of ISN, Sydney, 1991, P.143.

54. V.V.Grigoriev, V.V.Ragulin, S.O.Bachurin. Influence of glycine and AP7 on NMDA responses in the rat cortical neurons. // Proc. of Int. Conf. "Receptors of the mediatory aminoacids: structure, function and drug design.", London, 1990, P. 196.

55. V.A.Nemanova, V.V.Ragulin, V.V.Grigoriev, Bachurin S.O. Different influence of competitive antagonists (AP5 and AP7) on NMDA responses in the rat and mice hippocampal neurons. // Proc. of III Int. Congr. of comparative physiology and biochemistry, Tokyo, 1991, 169.

56. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин, Е.Н.Цветков. Синтез фосфиновых кислот. // Тезисы Симпозиума по органической химии. С.-Петербург, 1995, С.132-133.

57. N.R.Kurdyumova, V.V.Grigoriev, V.V.Ragulin, E.N.Tsvetkov. Synthesis of phosphinic aminocarboxylic acids. // Proc. Of XI Intern. Conf. on Chemistry of Phosphorus Compounds (ICCPC-XI), Kazan, Russia, 1996, P. 182.

58. Н.Р.Курдюмова, В.В.Рагулин. Синтез со-аминоалкилфосфиновых кислот. // Труды конференции "Химия фосфорорганических соединений и перспективы ее развития на пороге 21 века" памяти академика М.И.Кабачника, Москва, 1998, С.134.

59. V.V.Ragulin. Methods for synthesis of phosphorylic analogues of amino acids and peptides. // Proc. Of XIII Intern. Conf. on Chemistry of Phosphorus Compounds (ICCPC-XIII), S.-Petersburg, Russia, 2002, P.261.

60. V.V. Ragulin. A novel synthetic route to pseudo-a,a-dipeptides. // Proc. Of XIV Intern. Conf. on Chemistry ofPhosphorus Compounds (ICCPC-XIV), Kazan, Russia, 2005, P.120.

61. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Synthesis of phosphinic pseudo- a,a'-dipeptides. // Book of Abstracts of XV International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds (ICCPC-XV), S.-Petersburg, Russia, 2008. P.125 (engl.) стр.358 (русс.)

62. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Acrylates in the synthesis of phosphinic acid pseudo-peptides. Proc. of Intem.Conf. on Organic Chemistry "Chemistry of Compounds with Multiple-Carbon Bonds", S.Petersburg, Russia, 2008. P.193-194.

63. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Synthesis of a-arainophosphinic pseudo-peptides. Dmitriev M.E., Ragulin V.V. Proc. of Intem.Conf. "Organic Chemistry for Medicine", Chemogolovka, 2008. P.79-80.

64. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Synthesis of pseudo-peptides by amidoalkylation of phosphonous acids containing isostere of amino acid. // Международная конференция по химии "Основные тенденции развития химии в начале XXI века", 21-24 апреля 2009, Санкт-Петербург. С. 352.

65. M.E.Dmitriev, V.V.Ragulin. Methodology for the synthesis of phosphinic peptides. XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Волгоград. 2011. Т.1. С.188.

Автор считает своим долгом почтить память проф. Е.Н.Цветкова и выразить искреннюю признательность за поддержку, оказанную им на первом этапе исследования. Автор выражает глубокую благодарность своим соавторам, старшим и младшим коллегам, в разное время принимавшим участие в работе: академику Н.С.Зефирову, члсн-корр. РАН С.О.Бачурину, проф. Ю.Н.Белоконю, д.х.н. В.И.Малееву, д.б.н. В.В.Григорьеву, к.б.н. С.Г.Клочкову, к.х.н. Н.Р.Курдюмовой, И.Г.Андроновой, М.Е.Бофановой, М.Э.Дмитриеву, В.В.Калашникову, Л.Ф.Рожко, И.В.Саратовских, автор благодарен сотрудникам лаборатории прикладной спектроскопии института к.ф.-м.н. В.О.Завельскому, [А.Н.Пушину), В.И.Шестову, И.П.Калашниковой, сотрудникам аналитической группы к.х.н. Е.В.Смолиной и Г.Д.Шишко, сотрудникам лаборатории элементоорганических биоизостеров.

Сдано в печать 21.01.14. Подписано в печать 21.01.14. Формат 60x90 1/16 Объем 3 п. л. Заказ 4. Тираж 100

Отпечатано в типографии ИПХФ РАН 142432, Московская обл., г. Черноголовка, пр-т ак. Семенова, 5 Тел.: 8(49652)2-19-38

Федеральное государственное бюджетное учреждении науки Институт физиологически активных веществ Российской академии наук

На правах рукописи

052&Ц50657

Рагулин Валерий Владимирович

Двойная реакция Арбузова и развитие методологии синтеза фосфоизостеров аминокислот и пептидов

02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

Черноголовка 2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11

1.1 Методы синтеза фосфиновых кислых псевдо-пептидов 11

1.2 Методы синтеза фосфоновых аминокарбоновых кислот 28

1.3 Методы синтеза фосфиновых кислот 50

1.4 Амидоалкилирование соединений трехвалентного фосфора 75

2 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 80 2.1 Метод синтеза фосфиновых кислот 80

2.1.1 Двойная реакция Арбузова 80

2.1.2 Синтез циклических фосфиновых кислот 82

2.1.3 Функционально замещенные фосфиновые кислоты симметричного строения 85

2.1.4 Двойное присоединение по Михаэлю-Пудовику 87 2.1.4.1 Синтез фосфиновых кислот симметричного строения 87

2.1.4.2 Синтез фосфиновых кислот несимметричного строения путем двойного 88 присоединения по Михаэлю-Пудовику

2.1.5 Образование фосфор-углеродных связей несимметричного строения путем 89 разноименных реакций

2.1.5.1 Акрилаты в качестве непредельной компоненты синтеза фосфиновых кислот 90 несимметричного строения. Реакция Арбузова при образовании второй фосфор-углеродной связи.

2. 1.5.2 Винилфосфонат в качестве непредельной компоненты синтеза фосфиновых 92 кислот несимметричного строения. Синтез новых бисфосфорильных аналогов у-аминомасляной (GABA) и глутаминовой кислот (Glu).

2.1.5.3 Стирол в качестве непредельной компоненты синтеза фосфиновых кислот 94 несимметричного строения. Реакция Арбузова при образовании второй фосфор-углеродной связи.

2.1.5.4 Реакция Абрамова при образовании второй фосфор-углеродной связи. 96 Синтез а-гидроксиалкилфосфиновых кислот

2.1.5.5 Присоединение по Михаэлю-Пудовику. Шиффовы основания на втором этапе 97 синтеза

2.1.5.6 Реакция Кабачника-Филдса при образовании второй фосфор-углеродной связи в 98 процессе синтеза фосфиновых кислот несимметричного строения

2.2 Развитие методологии синтеза фосфорсодержащих аминокислот (ФА) 101

2.2.1 Методология построения целевой молекулы аминокислоты. Модификация 101

углеводородного фрагмента молекулы ФА

2.2.2 Общий метод синтеза со-галогеналкилфосфорильных соединений 102

2.2.2.1 Изучение стабильности со-галогеналкилфосфонатов 103

2.2.2.2 Алкилирование ацетамидомалонового эфира м-галогеналкилфосфонатами 109

2.2.3 Методология синтеза ФА кислот с обратным построением целевой молекулы 111

2.2.4 со-Фосфиноксидные аналоги моноаминодикарбоновых кислот 113

2.2.5 Бис(со-амино-со-карбоновые) фосфиновые кислоты симметричного строения. 115 Двойная реакция Арбузова

2.2.6 Синтез фосфиновых со-амино-со-карбоновых кислот несимметричного строения 116 на основе метода one-pot формирования двух Р-С связей

2.2.7 Синтез фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты 118

2.2.7.1 Триал кил ортоформиаты как дегидрогалогенирующие агенты

2.2.7.2 Синтез фосфинотрицина и других фосфорильных аналогов глутаминовой 122 кислоты. Общая процедура синтеза винилфосфорильных соединений

2.2.8 Модификация аминокислотного фрагмента молекулы ФА кислоты 124

2.2.8.1 Присоединение шиффовых оснований эфиров аминокислот к 124 винилфосфорильным соединениям

2.2.8.2 Алкилирование шиффовых оснований эфиров аминокислот со-бромалкил 125 фосфонатами

2.3 Новая методология синтеза псевдо-пептидов 127

2.3.1 Синтез фосфонистых кислот, содержащих структурный изостер аминокислоты. 128

2.3.2 Амидоалкилирование гидрофосфорильных соединений 128

2.3.2.1 Изучение взаимодействия бискарбаматов с гидрофосфорильными 132 соединениями

2.3.2.2 Моделирование механизма образования фосфор-углеродной связи 137

2.3.3 Реакция Арбузова N-алкоксикарбонилиминиевых ионов и ацилфосфонитов, 139 генерированных in situ трифторуксусным ангидридом

2.3.4 Новый подход к синтезу труднодоступных фосфиновых кислых аналогов 147 аминокислот и пептидов

2.3.5 Методология синтеза псевдо-у-аминобутаноилпептидов. 149

2.3.6 Методология синтеза псевдо-у-глутамилпептидов 151

2.4 Методы синтеза энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот и 153 фосфиновых псевдо-пептидов

2.4.1 Асимметрический синтез энантиомеров ФА кислот 153

2.4.2 Ферментативный метод синтеза энантиомеров фосфорсодержащих 154

аминокарбоновых кислот и фосфиновых кислых псевдо-пептидов

2.4.2.1 Синтез энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот 155

2.4.2.2 Изучение возможности использования пенициллинамидазы в процедуре 156 ферментативного синтеза энантиомеров аминокислот различного строения

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 160

3.1 Метод синтеза фосфиновых кислот 161

3.1.1 Двойная реакция Арбузова. Симметричные диалкилфосфиновые кислоты 161

3.1.1.1 Синтез циклических фосфиновых кислот 168

3.1.1.2 Функционально замещенные фосфиновые кислоты симметричного строения 171

3.1.2 Двойное присоединение по Михаэлю-Пудовику 174 3.1.2.1 Синтез фосфиновых кислот симметричного строения 174

3.1.2.2 Синтез фосфиновых кислот несимметричного строения посредством двойного 177 присоединения по Михаэлю-Пудовику

3.1.3 Образование фосфор-углеродных связей несимметричного строения путем 179 разноименных реакций. Реакция Арбузова при образовании второй Р-С связи

3.1.4 Винилфосфонат в качестве непредельной компоненты синтеза фосфиновых 184 кислот несимметричного строения

3.1.5 Стирол в качестве непредельной компоненты синтеза фосфиновых кислот 186 несимметричного строения

3.1.6 Реакция Абрамова при образовании второй фосфор-углеродной связи 194

3.1.7 Реакция Кабачника-Филдса при образовании второй фосфор-углеродной связи 203 3.2 Развитие методологии синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот 208

3.2.1 Общий метод синтеза ю-галогеналкилфосфорильных соединений 208

3.2.2 Алкилирование ацетамидомалонового эфира со-галогеналкилфосфонатами 217

3.2.3 Методология синтеза ФА-кислот с обратным построением целевой молекулы 227 Синтез со-галогеналкилацетамидомалоновых эфиров 227

3.2.4 Общая "one-pot" процедура синтеза ФА кислот с обратным построением 234

молекулы

3.2.5 Бис(со-амино-со-карбоновые) фосфиновые кислоты симметричного строения. 242 Двойная реакция Арбузова

3.2.6 Синтез фосфиновых ю-амино-со-карбоновых кислот несимметричного строения 247

3.2.7 Синтез фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты 253

3.2.7.1 Триалкилортоформиаты как дегидрогалогенирующие агенты 253

3.2.7.2 Синтез фосфинотрицина и других аналогов глутаминовой кислоты 255

3.2.8 Модификация аминокислотного фрагмента молекулы ФА кислоты 257

3.2.8.1 Присоединение шиффовых оснований эфиров аминокислот к 257 винилфосфорильным соединениям

3.2.8.2 Алкилирование шиффовых оснований эфиров аминокислот со- 264 бромалкилфосфонатами

3.3 Разработка новой методологии синтеза псевдо-пептидов 267

3.3.1 Общая процедура синтеза фосфонистых изостеров аминокислот 267

3.3.2 Амидоалкилирование гидрофосфорильных соединений 270

3.3.3 Выделение 1Ч,]ЧГ-алкилиденбискарбаматов - интермедиатов реакции 280 амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений

3.3.4 Изучение взаимодействия бискарбаматов с гидрофосфорильными 283 соединениями

3.3.5 Моделирование предполагаемой стадии образования фосфор-углеродной связи 284

3.3.6 Реакция Арбузова N-алкоксикарбонилиминиевых ионов и ацилфосфонитов, 285 генерированных in situ трифторуксусным ангидридом

3.3.7 Новый подход к синтезу труднодоступных фосфиновых кислых аналогов 289 аминокислот и пептидов

3.3.8 Методология синтеза псевдо-у-аминобутаноилпептидов 293

3.3.9 Методология синтеза псевдо-у-глутамилпептидов 295

3.4 Методы синтеза энантиомеров аминокислот и псевдо-пептидов 300

3.4.1 Асимметрический синтез энантиомеров фосфорсодержащих аминокарбоновых 300 кислот

3.4.2 Ферментативный метод синтеза энантиомеров фосфорсодержащих 304 аминокарбоновых кислот и фосфиновых кислых псевдо-пептидов ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 312 СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 314

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач современного органического синтеза является разработка новых методов получения потенциальных физиологически активных веществ (ФАВ). Структурная модификация природных соединений - основной подход к поиску новых ФАВ. Фосфоновые и фосфиновые кислоты - структурные аналоги (изостеры) фосфатов, соединений широко распространенных в живой природе и проявляющих разнообразную биологическую активность, но содержащих-связь-РгОт~легко—расще11лмющуюся—гидролитически-и~ферментативно—что осложняет их использование для изучения и возможной регуляции важных метаболических процессов. Этот недостаток фосфатов можно предотвратить, используя их структурные аналоги - фосфоновые и фосфиновые кислоты. Целевыми объектами настоящего исследования были фосфорильные аналоги пептидов - фосфиновые кислые псевдо-пептиды и фосфорсодержащие аминокарбоновые кислоты - со-фосфорильные аналоги и гомологи моноаминодикарбоновых кислот - глутаминовой и аспарагиновой кислот.

Замена карбоксильной группы С(0)0Н в молекуле аминокислоты фосфонатным Р(0)(0Н)2 или фосфинатным Р(0)(0Н)СН2 фрагментами является ключом для построения молекул фосфоновых или фосфиновых кислых аналогов природных аминокислот. Для построения молекул фосфиновых кислых псевдо-пептидов (пептидных "изостеров") может быть использован другой прием, заключающийся в замещении пептидной связи С(0)МН негидролизуемым фосфинатным фрагментом Р(0)(0Н)СН2. Это замещение представляет собой очень удобную имитацию переходного состояния гидролиза пептидной связи с тетракоординированным углеродным атомом, а также стабильную имитацию субстрата в переходном состоянии биологических процессов с участием по крайней мере двух классов гидролитических ферментов, металлопротеиназ и аспарагиновых кислых протеиназ.

В этой связи задача разработки новых удобных методов образования фосфор-углеродных связей является основной в проблеме развития методологии синтеза фосфорильных структурных изостеров аминокислот и пептидов. Значительный практический и теоретический интерес в проблеме создания новой фосфор-углеродной связи вызывает использование силиловых эфиров кислот производных трехвалентного фосфора, обладающих высокой реакционной способностью, силиловых эфиров фосфористой и гипофосфористой кислот, использование которых позволяет осуществить формирование соответственно одной и двух новых фосфор-углеродных связей.

Цель работы заключается в разработке новых подходов к формированию двух фосфор-углеродных связей из гипофосфитов и в их использовании для развития методологии синтеза фосфорильных структурных изостеров аминокислот и пептидов.

Научная новизна работы.

Найдена двойная реакция Арбузова генерированных in situ силиловых эфиров трехвалентного фосфора из гипофосфитов с образованием двух симметричных фосфор-углеродных связей.

Разработана общая методология образования двух несимметричных фосфор-углеродных связей путем присоединения генерированного in—situ~бис(триметилсилил)гипофосфита—к-различным непредельным соединениям с последующим взаимодействием образовавшегося силилфосфонита in situ с электрофилами по типу реакций Арбузова, Абрамова, Михаэля-Пудовика, Кабачника-Филдса.

Впервые предложена общая one-pot процедура синтеза циклических фосфиновых кислот.

Разработана новая методология синтеза псевдо-пептидов, заключающаяся в первоначальном присоединении гипофосфита к а-замещенному акрилату с образованием первой Р-С связи с последующим формированием аминокислотной функции и образованием второй Р-С связи псевдо-пептида.

Впервые обнаружены дегидрогалогенирующие свойства триалкилортоформиатов и предложен новый общий способ получения различных винилфосфорильных соединений.

Разработана общая процедура синтеза псевдо-у-глутамилпептидов, псевдо-у-аминобутаноилпептидов и других фосфиновых аналогов у-аминомасляной кислоты (ГАМК).

Впервые обнаружены, выделены и идентифицированы в качестве интермедиатов реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений А^А^'-алкилиденбискарбаматы, исследовано взаимодействие гидрофосфорильных соединений с предварительно синтезированными бискарбаматами в среде уксусного ангидрида и других растворителях, изучено влияние строения бискарбаматов и фосфорной компоненты, а также кислотного катализа на протекание данной двухкомпонентной реакции.

Предложена новая процедура амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений в уксусном ангидриде при комнатной температуре.

Предложен новый механизм трехкомпонентной реакции амидоалкилирования гидрофосфорильных соединений, включающей стадию образования N,N'-алкилиденбисалкилкарбаматов. Показано, что формирование фосфор-углеродной связи, протекает по типу реакции Арбузова с участием /У-(алкилоксикарбонил)иминиевого катиона и Р-ОАс производного трехвалентного фосфора, генерированных in situ из бискарбамата и исходного гидрофосфорильного соединения соответственно.

В соответствии с новым механизмом реакции предложена новая идеология генерирования реакционных интермедиатов, образующих Р-С связь, добавлением трифторуксусного ангидрида к смеси фосфонистой кислоты и бискарбамата в органическом растворителе, на этой основе разработан новый подход к синтезу труднодоступных фосфоизостеров аминокислот и пептидов из ацеталей малостабильных альдегидов.

Разработан общий метод синтеза ш-галогеналкилфосфорильных соединений и предложена общая процедура синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых (ФА) кислот.

Разработана альтернативная процедура синтеза ФА кислот, которая заключается в присоединении-аминокислотной-функции-к-углеводородному—фрагменту—с—послсдующим-фосфорилированием образующихся полупродуктов.

Предложена общая процедура синтеза а-замещенных со-фосфорилированных аналогов глутаминовой кислоты и соответствующих гомологов алкилированием ш-галогеналкилфосфорильными соединениями шиффовых оснований эфиров аминокислот или их присоединением к винилфосфорильным соединениям.

Развитие one-pot процедуры образования двух фосфор-углеродных связей позволило разработать синтез новых фосфорных аналогов аминокислот, в том числе фосфиновых бис(со-амино-со-карбоновых) кислот.

Практическая значимость работы.

На основании разработанной методологии синтеза фосфиновых кислот из гипофосфитов стал доступным широкий ряд фосфиновых структурных изостеров аминокислот и пептидов с практически полезными свойствами, являющихся лигандами глутаматных рецепторов и ингибиторами ферментов.

Разработаны новая процедура синтеза природной фосфиновой аминокарбоновой кислоты - фосфинотрицина, обладающей рядом практически полезных свойств, и общий метод синтеза фосфорильных аналогов глутаминовой кислоты. Разработан синтез о-фосфонометилфенилаланина, проявившего свойства антагониста NMDA рецепторов и противосудорожные свойства.

Запатентованы способ получения со-галогеналкилфосфонатов, ключевых полупродуктов синтеза фосфорсодержащих аминокарбоновых кислот, получены патенты на способ получения псевдо-у-глутамилпептидов и на ферментативный синтез энантиомеров некоторых псевдопептидов.

Личный вклад автора. Диссертация представляет собой результаты исследований, выполненных лично автором или при его непосредственном участии. Автору принадлежат постановка задач, выбор стратегии исследования и ее обоснование, планирование и проведение

эксперимента, анализ полученных экспериментальных данных и обобщение результатов, подготовка публикаций и апробация материалов работы.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены на Всесоюзном семинаре "Химия физиологически активных веществ" (Черноголовка, 1989), Всесоюзном совещании "Глутаматные рецепторы" (Москва, 1987), XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Москва, 1989), межреспубликанской научно-практической конференции «Синтез, фармакология и клинические аспекты новых психотропных и сердечно-сосудистых веществ» (Волгоград, 1989), V Московской конференции по органической химии и технологии (1990), Симпозиуме по органической химии (С.-Петербург, 1995), конференции "Химия фосфорорганических соединений и перспективы ее развития на пороге 21 века" памяти академика М.И.Кабачника (Москва, 1998), международных конференциях по химии соединений фосфора (Казань, 1996, 2005), (С.-Петербург, 2002, 2008) и международной конференции "Основные тенденции развития химии в начале XXI века"(С.-Петербург, 2009), на XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 46 публикациях, включая 3 патента и 43 оригинальные статьи в российских и международных изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 339 страницах машинописного текста, со�