Химические превращения гиббереллина А3 с применением реакций в водных растворах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

На правах рукописи

од

; > и V ' 1

ПАНКРУШИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСЕЕВНА

Химические превращения гиббереллина Аз с применением реакций в водных растворах

(02.00.10. биоорганическая химия, химия природных соединений и физиологически активных веществ)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Новосибирск - 1996

Работа выполнена в

Новосибирском институте органической химии СО РАН

Научный руководитель Научный консультант

доктор химических наук Ралдугин В.А. научный сотрудник Друганов А.Г.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Куликова В.Ф.; кандидат химических наук Слынько Н.М.

Ведущая организация Центральный Сибирский Ботанический Сад

СО РАН

Защита диссертации состоится " ^1996 г. в ? часов на заседаии диссертационного совета К 003.52.01 в Новосибирском институте биоорганической химии СО РАН по адресу: 630090, Новоси-бирск-90, проспект Лаврентьева,8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биоорганической химии СО РАН.

У >

Автореферат разослан " ^^¿¿1996 г. Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат химических наук Федорова О.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Гиббереллины насчитывают к настоящему времени 90 представителей и являются отдельной структурной группой природных соединений дитерпенового ряда. Они привлекают внимание исследователей благодаря своей важнейшей роли природных фитогормонов. Гиббереллины повсеместно распространены в растительном мире и обладают высокой и специфической биологической активностью, являясь регуляторами роста и развития растений (проращивание семян, прерывание "зимней спячки", вегетативный рост, цветение, развитие плодов и т. д.).

Несмотря на широкую распространенность в природе, содержание гиббереллинов в растительном сырье чрезвычайно низко, что затрудняет их выделение, изучение свойств, а также практическое использование.

Молекулы гиббереллинов имеют жесткий тетрациклический углеродный скелет, насыщенный функциональными группами, многие из которых присоединены к пространственно сближенным атомам циклической системы. Это определяет разнообразие химических реакций, в которые вступают гиббереллины, а также их высокую склонность к внутримолекулярным превращениям.

Наиболее доступным на сегодняшний день является гиббереллин Аз (ГАз), который производится в промышленном масштабе ферментацией грибка 01ЬЬеге!1а Гщ|киго1. Этим обусловлено интенсивное изучение его химических и биологических свойств.

Важной областью химии гиббереллинов является область, охватывающая реакции в водных растворах. Значение этих реакций определяется тем, что в водной среде гиббереллин Аз разлагается, через ряд промежуточных соединений превращаясь в более устойчивые продукты. При этом биологическая активность продуктов разложения может сильно отличаться от таковой для исходного ГАз. Протекание этих процессов следует учитывать при практическом применении водного раствора ГАз в качестве стимулятора роста, а также при наработке и выделении гиббереллнна Аз из водных растворов.

Поскольку выделение гиббереллинов из растительного сырья является очень трудоемкой задачей, а полный химический синтез этих соединений представляет собой сложный многоступенчатый процесс, - усилия многих исследователей направлены на поиски химических путей превращения доступного гиббереллнна Аз в другие, редкие гиббереллины (так называемый частичный синтез)- С этой точки зрения промежуточные продукты, образующиеся в водных растворах, могут служить удобными ключевыми соединениями и частичном синтезе многих гиббереллинов.

Доступность ГАз и обилие функциональных групп в его молекуле открывает широкие возможности для химической модификации с

целью получения новых биологически значимых продуктов гиббе-реллинового ряда.

Изложенные выше обстоятельства определяют актуальность данных исследований.

Цель работы. Целью настоящей работы явилось изучение химического поведения гиббереллина Аз в водных растворах.

В процессе работы решались следующие задачи:

- подробное изучение химических превращений ГАз в кислых и щелочных водных растворах; выделение промежуточных продуктов и установление их строения;

- использование отдельных соединений, образующихся при разложении ГАз в воде, в качестве интермедиатов в синтезе редких гиббереллинов;

- химическая модификация гиббереллина Аз, направленная на получение биологически значимых соединений.

Научная новизна и практическая ценность. В результате проведенных исследований изучены процессы разложения ГАз в кислых и щелочных водных растворах. Получены количественные данные об его устойчивости в водных растворах при различных рН и температурах. Впервые доказано образование и установлена структура промежуточного триена, образующегося при разложении ГАз в воде до ароматических кислот. Показано, что в результате ароматизации кольца А молекулы гиббереллина Аз в водных растворах в кислой среде преимущественно образуется аллогибберовая кислота, а в щелочной - ее эпимер, 9-эпиаллогибберовая кислота. Найдено, что эта закономерность соблюдается и в реакции щелочного сплавления ГАз с карбонатом натрия. Действительно, в результате этой реакции с количественным выходом образуется ранее труднодоступная ароматическая 9-эпиаллогибберовая кислота, а проведение реакции без карбоната натрия дает смесь ароматических карбоновых кислот, как это имеет место при разложении ГАз в кислых водных растворах. При сравнительном изучении поведения ГАз и его метилового эфира в водных щелочных растворах обнаружен эффект ускоренной щелочной изомеризации метилового эфира ГАз. При щелочном гидролизе гиббереллина изо-Аз впервые обнаружен новый продукт, который использован как ключевое соединение в предложенном синтезе редкого гиббереллина Ая. Получены химически модифицированные гиббереллины, обладающие биологической активностью: с хорошим выходом синтезирован новый продукт - 1а,2а-эпоксиГАз, а также ряд 8:1 3-изогиббереллин-иодкетонов, для которых разработан удобный метод синтеза.

Апробация работы. Отдельные разделы работы были представлены на XII конференции по изопреноидам в Чехословакии, 1987 г., на Всесоюзной конференции " Химия природных низкомолекулярных биорегуляторов", Ереван, 1990 г., и на второй конференции "Регуляторы роста и развития растений", Москва, 1993 г.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 104 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы из 80 наименований. Работа иллюстрирована 7 таблицами, 29 схемами, 12 рисунками.

В литературном обзоре проанализирован материал, касающийся химических превращений ГАз (1) в кислых и щелочных водных растворах. Рассмотрены и обобщены схемы и механизмы гидролитических превращений. 8,1З-Изогиббереллины являются продуктами одной из характерных для ГАз (1) структурных перегруппировок, протекающей как в кислой, так и в щелочной среде. Приведены примеры использования этих соединений в частичном синтезе некоторых редких гиббереллинов.

Известно, что в воде ГАз (1) превращается в гибберелленовую кислоту (ГЕК) (2), которая также является нестабильной и, разлагаясь, образует смесь устойчивых монокарбоновых ароматических кислот, состоящую из аллогибберовой (АГК) (4), 9-эпиаллогибберовой (9-эпиАГК) (5) и 9,11-дегидроаллогибберовой (9,11-дегидроАГК) (6) кислот.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Образование нестабильного промежуточного триена в водных растворах ГАз

9 н м

он

18 соон

но^ ноос

соон

(I)

7

(2)

н

соон

СООН (4) 9а-Н. (5) 9Р-Н

(6) 9.11-ен

Ранее было высказано предположение, что промежуточным соединением на пути от гибберелленовой кислоты (2) к ароматическим кислотам 4, 5, 6 является некий активный триен (3), о существовании которого в реакционной смеси судили по появлению полосы поглощения с Хта* 326 нм при нагревании водного раствора ГАз (1) или ГЕК (2). Сообщалось также, что УФ-облучение раствора ГЕК (2) при кипячении приводит к 9-эпиАГК (5) с высоким выходом. Воспроизведение этого эксперимента в РгО не приводило к включению дейтерия в молекулу кислоты 5. Для этой фотохимической реакции был предложен механизм, в котором образовавшийся триен 3 претерпевает супраповерхностный [1,3]-гидридный сдвиг протона Н-5 в положение 9 с образованием 9-эпиАГК (5) без участия протонов среды.

Поскольку до настоящего времени в литературе были приведены лить косвенные данные, подтверждающие существование триена 3, мы задались целью выделить и доказать строение этого соединения.

Для этого мы изучали превращения ГАз (1) в водных растворах методом микроколоночной обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (МК ОФ-ВЭЖХ). Анализируя смеси продуктов разложения водных растворов как гиббереллина Аз (1), так и ГЕК (2), мы наблюдали новое вещество, условно названное веществом Т, с необычной для гиббереллиновых производных хромофорной группой (Хшах 326 нм), и установили, что это соединение образуется из ГЕК (2), причем является нестабильным и очень легко превращается в АГК (4). Наблюдаемая близость хроматографиче-ских свойств соединения Т и АГК (4) указывает на то, что у этих двух родственных соединений количество полярных заместителей -карбоксильных и гидроксильных групп - совпадает.

Из-за нестабильности соединения Т нам удалось получить его лишь в смеси (одно пятно по ТСХ ) с уже известной аллогибберовой кислотой (4) в соотношении 1:2 (спектр ПМР). Для определения структуры соединения Т мы изучили спектр ПМР полученной смеси и установили, что в молекуле нового компонента присутствует система трех олефиновых протонов сопряженной системы двойных связей, причем к одной из них присоединена метильная группа, р-Ориентацию протона Н-5 соединения Т подтверждает величина константы спин-спинового взаимодействия вицинальных протонов Н-5 и Н-6 (10,5-М Гц). С таким отнесением согласуются литературные данные по фотохимическому превращению ГЕК (2) в 9-эпиАГК (7).

Тахим образом, исследуемое нами соединение Т действительно является сопряженным триеном 3 и имеет строение энт-13-гидрокси-19,20-диноргибберелла-1,3,9,16-тетраен-7-овой кислоты.

Можно полагать, следовательно, что при нагревании ГЕК (2) в воде легко происходит совместная реакция декарбоксилирования и дегидратации с участием групп, находящихся у соседних атомов С-3 и С-4 молекулы кислоты 2 с образованием новой 3,4-двойной связи.

соон

(4)

......ОН

соон

(6)

Молекула соединения 3 с сопряженной триеновой системой обладает высокой склонностью к ароматизации кольца А, а значит, высокой реакционной способностью по отношению к электрофиль-ным и радикальным частицам. Электрофильным механизмом реакции триена 3 можно объяснить легкое образование АГК (4) при разложении гиббереллина Аз (1) и ГЕК (2) в водных растворах: при атаке протона по положению 9 молекулы триена 3 образуется арен о н и ев ый катион 7, который стабилизируется обычным образом с элиминированием протона Н-5 и образованием АГК (4), молекула которой имеет, по-видимому, менее напряженную конформацию цикла С, чем у исходного гиббереллина Аз (1). Действительно, сообщалось, что выдерживание ГАз (I) в 1 н. соляной кислоте в течение четырех суток приводит к смеси ароматических кислот с преимущественным содержанием АГК (4).

Реакция триена 3 с кислородом или другими активными радикальными частицами будет начинаться с отщепления дважды ал-лильного атома Н-5, что приведет к образованию менее активного бензилыюго радикала 8, который далее превращается в 9,11-дегидроаллогибберовую кислоту (6), обнаруженную ранее среди продуктов гидролитического разложения ГАз (1) и ГЕК (2).

Интересно отметить, что наблюдаемый на растениях противорадиационный эффект гиббереллина Аз (I) может быть связан с образованием из него триена 3, который и взаимодействует с радикальными частицами, появившимися в результате радиоактивного облучения.

Таким образом, доказав существование и установив строение триена 3, мы включили недостающий фрагмент в полную картину химических превращений гиббереллина Аз (1) в нейтральных и кислых водных растворах.

Неполнота и недостаточная достоверность литературных количественных данных об устойчивости ГАз (1) в водных растворах, имеющие место к настоящему времени, побудили нас детально изучить эту проблему. Мы провели качественный и количественный анализ разложения ГАз (1) в воде при различных рН и температурах. Анализ водных растворов мы проводили методом МК ВЭЖХ. Преимущество этого метода состоит в том, что он позволяет анализировать реакционные смеси без дополнительной химической обработки, что обеспечивает достоверность хроматографических данных и соответствие действительному составу реакционных продуктов в смеси.

Из полученных результатов следует, что, как в слабощелочных, так и в нейтральных растворах на первом этапе разложения ГАз (1) обязательно образуется ГЕК (2) и изо-ГАз (9). Дальнейшая судьба этих продуктов зависит от рН среды. Так, в щелочной среде превращение изо-ГАз (9) происходит по двум направлениям: во-первых, раскрытие лактонного кольца с образованием дикарбоно-вой триоксикислоты (ТОК) (10), и, во-вторых, ароматизация кольца А молекулы гиббереллина Аз (1) с преимущественным образованием

2. Устойчивость гиббереллина Аз в водных растворах

ГА3

изо-ГА з (9)

\

ГЕК (2)

изо-ГА 3С>)

соон

9-эпиАГК (5). В тех же условиях ГЕК (2) проявляет чрезвычайную устойчивость и не дает продуктов разложения даже после длительного кипячения. В нейтральной или слабокислой среде, наоборот, практически не разлагается изо-ГАз (9), в то время как ГЕК (2) расходуется очень быстро, через стадию образования триена 3, превращаясь преимущественно в АГК (4). Таким образом, четко просматривается закономерность, состоящая в том, что основным продуктом ароматизации в щелочной среде является 9-эпиАГК (5), а в нейтральной и слабокислой - АГК (4). Устойчивость ГАз (1) определялась методом МК ВЭЖХ. Содержание вещества в % вычислялось по площадям пиков на хроматограмме. Количественные данные об устойчивости Аз (1) представлены на рис 1.

Как видно, стабильность ГАз (1) в щелочном растворе, особенно при нагревании, значительно ниже, чем в кислом растворе. Так, в 1%-ном водном растворе ЫаНСОз при повышенной температуре за 0,5 часа расходуется около половины количества ГАз (1), в то время, как в слабокислом растворе (рЧ 4,78, 60°) период полупревращения ГАз (1) составляет более 6 ча.'ов.

о

— — - —---г

8

2 3 4 5 6 Время (час)

д 40оС рН=4.78 а 50оС, рН=4.78 4 60оС, рН=4.78 < 80оС, рН=9,0 рис. 1 Устойчивость ГАз в водных растворах

3. Образование 9-эпиаллогибберовой кислоты в реакции щелочного сплавления с карбонатом натрия

Одним из продуктов разложения ГАз(1) в водном щелочном растворе является 9-эпиаллогибберовая кислота (5). Однако, выделение её из смеси затруднено присутствием других продуктов разложения с близкими свойствами. До настоящего времени не существовало препаративного и эффективного способа получения 9-эпиАГК (5). В то же время интерес к этому соединению вызван необходимостью изучения биологической активности этого продукта разложения ГАз (1).

Принимая во внимание, что процесс ароматизации молекулы гиббереллина Аз (1) в щелочной среде приводит к образованию 9-эпиаллогибберовой кислоты (5), интересно было рассмотреть, как будет происходить разложение ГАз (1) в экстремальных, в некотором смысле, условиях - при щелочном сплавлении.

Оказалось, что выдерживание гиббереллина Аз (1) при температуре его плавления с карбонатом натрия почти количественно приводит к 9-эпиАГК (5). Образование этой кислоты, как основного продукта, происходит также и при сплавлении с карбонатом натрия производных гиббереллина Аз (1), таких, как изо-ГАз (9), ГЕК (2) и ТОК (10). Спектральные характеристики кислоты 5 (ПМР, масс-спектр) и ее метилового эфира 13 (ПМР) соответствуют литературным.

Направление новой реакции в расплаве определяется щелочной средой, так как при выдерживании ГАз (1) в тех же условиях без карбоната натрия мы получили сложную смесь продуктов, в которой методом ВЭЖХ обнаружили весь набор ароматических кислот: 9-эпиАГК (5), 9-эпигибберовую кислоту (9-эпиГБК) (16), 9,11-дегидроАГК (6), АГК (4) и ГБК (15). Эти соединения были идентифицированы на хроматограмме по временам удерживания, методом добавок известных соединений и по "УФ-спектрам.

Сравнение результатов плавления с карбонатом натрия и без него показывает, насколько важна роль 7-карбоксильной группы, участвующей в этой реакции. При проведении сплавления с содой ГАз (1) или его производное ( 9, 2, 10), сразу образует натриевую соль (существующую в расплаве, как известно, в виде ионов), которая далее разлагается с образованием 9-эпиАГК (5). Действительно, плавление кристаллической ИагГЕК количественно приводит к натриевой соли кислоты 5.

О

Н

Н

(1) К=Н (11) Я=Ме

(4) 9<х-Н,Я=Н (5) 9р-Н,Я=Н (12) 9а-Н,Я=Ме (13) 9рН,11=Ме

О

Н

НО

•он

(14) Я=Ме

(15) 9а-Н (16) 9р-Н

В том случае, когда реакция проводится без карбоната натрия, гиббереллин Аз (1) ( или его производное) участвуют в реакции в виде свободной кислоты и процесс идет по пути, напоминающем разложение в кислых водных растворах, с образованием всех возможных ароматических кислот.

Эксперименты по плавлению метилового эфира ГАз (11) с карбонатом натрия и без него подчеркивают роль 7-карбоксильной группы в процессе ароматизации кольца А молекулы гиббереллина.

Оказалось, что при выдерживании эфира 11 при температуре плавления без соды, описанная выше ароматизация не происходит. Метиловый эфир ГАз (11) превращается в метиловый эфир изо-ГАз (14) с примесью метилового эфира ГАз (11) ( 6,5:1, соответственно, после колоночной хроматографии реакционной смеси). Следует отметить, что метиловый эфир изо-ГАз (14), не содержащий примеси метилового эфира ГАз (11), при плавлении тоже дает смесь эфи-ров 11 и 14 (7:1 по ПМР) . Это позволяет утверждать, что в условиях реакции происходит обратная изомеризация эфира 14 в эфир 11.

Таким образом, нами найден новый удобный препаративный способ получения ранее труднодоступной 9-эпиАГК (5) щелочным сплавлением с карбонатом натрия. Направление реакции определяется щелочной средой и существованием свободной карбоксильной группы в виде аниона.

4. Влияние свободной карбоксильной группы гиббереллина Аз на процесс его изомеризации в водном аммиаке

Возвращаясь к реакциям, протекающим в водной среде, мы задались целью уточнить участие 7-карбоксильной группы в этих процессах.

Известно, что в мягких щелочных условиях гиббереллин Аз (I). как и его метиловый эфир 11, претерпевает аллильную перегруппировку лактонного цикла с образованием изо-ГАз (9) и метилового эфира изо-ГАз (14) соответственно.

(1) Я=Н (И) Я=Ме (9) К=Н (14) К=Ме

Мы провели сравнительное изучение изомеризации соединении 1 и 11 в 1 м водном аммиаке (рН 12) при 18^. Расходование пещее г» 1 и II определяли методом ВЭЖХ на колонке с обращенной фаюй. вычисляя площади пиков анализируемых веществ. Расчет проподм-

ли с использованием стандартной функции "регрессия" в программе Excel 5.0 при доверительном уровне 95%. Логарифмическая зависимость изменения отношения площади пика в текущий момент времени (Si) к площади пика в начальный момент времени (So) от времени (t) имеет вид прямой, тангенс наклона которой дает значение константы скорости реакции. Период полупревращения в этом случае может быть вычислен по выражению: ti/2 = -ln2/k. Оказалось, что для метилового эфира ГАз (11) период полупревращения составляет 68 мин , а для ГАз (1) - 360 мин, что соответствует замедлению реакции изомеризации 1 по отношению к 11 приблизительно в 6 раз.

ГА, ^

(1)

COOR (9) R=H (14) R=Me

СООН

.....ОН

ОН

(18)

(19)

СООН

Тот факт, что гиббереллин Аз (1) со свободной 7-карбоксильной группой превращается в изомеризованный продукт значительно медленнее, чем его метиловый эфир 11, можно объяснить внутримолекулярным влиянием 7-карбоксилат-аниона. Процесс аллильной перегруппировки, по механизму, предложенному Макмилланом с сотр, протекает через промежуточное образование 19-карбоксилат-аниона 17 и соседство в этой молекуле 7-карбоксилат-аниона будет оказывать на ход реакции тормозящее влияние, что и показано нами экспериментально.

Обнаруженный эффект ускоренной щелочной изомеризации метилового эфира ГАз (11) необходимо учитывать при работе в щелочных условиях со смесями, содержащими метилированные гиббе-реллины. Это же, вероятно, относится и к эфирам родственных гиб-береллинов ГА? (18) и ГАзг (19).

5. Образование нового продукта раскрытия лактонного кольца ГАз при щелочном гидролизе

Процесс превращения гиббереллина Аз (1) в водной щелочи в более жестких условиях не останавливается на стадии изомеризации лактонного цикла, а приводит к его раскрытию с образованием ди-карбоновой триоксикислоты (ТОК) (10). При кипячении ГАз (1) в водном 1 м. ИагСОз, наряду с обычным продуктом 10 мы неожиданно обнаружили (ВЭЖХ) в реакционной смеси новое соединение 20, которое по времени удерживания не совпадало ни с одним из известных продуктов щелочного гидролиза гиббереллина Аз(1). Для определения строения 20 смесь продуктов гидролиза 10 и 20 метилировали диазометаном и полученную смесь соответствующих метиловых эфиров разделяли хроматографией на силикагеле.

Р

ОН

.......ОН н2о

........ОН

СООН

НООС

СООЯ

(10) 2а-ОН, Я=Н (21) 2а-ОН, Я=Ме (20) 2Р-ОН, Я=Н (22) 20-ОН, Я=Ме

СН^С^ Н

........ОН

нооС"

СООМе

СООМе

(21) (14)

Спектры ЯМР 'Н и ,3С выделенных эфиров 21 и 22 оказались весьма близкими и содержали сигналы двух карбоксильных групп, и

это позволило нам предположить, что соединение 20 является эпи-мером дикислоты 10 по гидроксильной группе, находящейся при С-2.

Для подтверждения этого предположения мы провели встречный синтез. Аллильный гидроксил при С-2 в эфире 21 и в эфире 22 был окислен действием пиридиний хлорхромата в хлористом метилене и в каждом случае с высоким выходом был получен известный кетол 23. Для синтеза эпимеров 21 и 22 кетол 23 обработали боргидридом натрия в этаноле в течение 5 часов. Протекание реакции контролировали ВЭЖХ, соединения идентифицировали по временам удерживания, методом добавок. Основными компонентами реакционной смеси оказались эпимер 22 и метиловый эфир изо-ГАз (14) (8:10).

Обнаружили, что эпимер 21 также образуется в этой реакции, но уже через 2 часа полностью лактонизуется в эфир 14. Таким образом, действительно, при гидролизе гиббереллина Аз (1) образуется новый 2р-гидроксиэпимер 20 дикислоты 10, охарактеризованный как эфир 22.

Гидролизом гиббереллина изо-ГАз (9) в тех же условиях было показано, что новый эпимер 20 образуется в ходе раскрытия у-лактонного цикла этого гиббереллина.

2р-Гидроксиэпимер 20 при щелочном гидролизе лактона 9 может образовываться только при р-атаке ~ОН-иона по положению С-2 лактонного кольца молекулы изо-ГАз (9). При этом реализуется очень редкий механизм щелочного гидролиза Bal2. Такой механизм гидролиза описан для р-лактонов, но для у-лактонов обнаружен впервые.

Р

(20) (10) Ближайшей литературной аналогией этой реакции может служит!. процесс раскрытия 19,2-лактонного кольца метилового эфира изо-ГАз (14) под действием алкантиолатов лития с образованием, в итоге, 2р-алкилтио-производных.

Описанная нами реакция открывает новые возможности для частичного синтеза редких гиббереллинов на основе ГАз(1).

I л

6. Частичный синтез гиббереллина Ase и гиббереллина As

В настоящее время известно 90 фитогормонов-гиббереллинов, из которых легко доступным является только один - гиббереллин Аз (1), чем и обусловлено его использование как исходного вещества для синтеза других менее доступных гиббереллинов. Образующаяся из ГАз (1) новая дикислота 20 содержит в молекуле 2р,Зр-диольную группировку, характерную для выделенных из растений ГАв (24) и еще десяти других гиббереллинов.

Мы полагали, что можно использовать дикислоту 20 для синтеза ГАв (24) так же, как это было сделано в трехстадийном синтезе TAse (25) из ГАз (1) через дикислоту 13. Описанный способ синтеза ГА56 (25) включал щелочной гидролиз ГАз (1) до 10, ее выделение и очистку, иодлактонизацию с получением lß-иодпроизводного 26 и деиодирование последнего до гиббереллина Ase (25). Мы модифицировали этот способ, исключив трудоемкие стадии экстракции и очистки дикислоты 10 в синтезе и количественно получили lß-иодгиббереллин Así (26) без выделения дикислоты 10 и использования ТГФ и CH2CI2, что важно в препаративных синтезах.

Описанный выше метод двухстадийного синтеза иодида 26 из 1 мы применили для синтеза ГА« (24). Для этого кипятили ГАз (1) в водном ИагСОз, иодлактонизацией образовавшейся смеси дикислот 10 и 20 получили с количественным выходом смесь иодидов 26 и 27 в соотношении 5:2, соответственно. Далее эту смесь метилировали диазометаном и полученную смесь метиловых эфиров 28 и 29 разделили хроматографией на силикагеле. Индивидуальные соединения 28 и 29 восстановили три-н-бутилстаннаном в смеси ТГФ-бензол и получили метиловые эфиры ГА56 (30) и ГАв (31). Выход ГАв метилового эфира (31) составил 97% от дикислоты 20 и 26% от ГАз (1).

Метиловый эфир ГА56 (30) хорошо гидролизовался водно-метанольной щелочью, тогда как гидролиз метилового эфира TAs (31) сопровождался образованием сложной смеси. Чтобы обойти эту проблему, мы провели синтез свободного ГАв (24) по методике, описанной выше, заменив стадию метилирования на стадию фена-цилирования, для чего смесь соединений 26 и 27 обработали три-этиламином и п-бромфенацилбромидом в ацетоне.

соон

он он

н2о

сооя

соон

(10) 2а-ОН (20) 2Р-ОН

......ОН Дг.КЛ^

ЫаНСОз

ОН Ви38пН

СООЯ

(26) 2а-ОН, К=Н (27) 2р-ОН, Я=Н (28) 2а-ОН, Я=Н (29) 2Р-ОН, Я=Н

(32) 2а-ОН, К=ВгРЬепасу1 "

(33) 2Р-ОН, Я=ВгРЬепасу1

(24) 20-ОН, Я=Н (25) 2а-ОН, Я=Н (30) 2а-ОН, Я-Ме (31) 2Р-ОН, К=М(

(34) 2а-ОН, К=р-ВгРКепасу1

(35) 2Р-ОН, Я=р-ВгРЬепасу1

Фенациловые эфиры иодидов 32 и 33 разделили хроматографией на силикагеле, деиодировали до эфиров 34 и 35 и, после снятия фе-нацильной группы в модифицированных нами условиях, получили ГАзб (25) и ГАк (24). Выход ГА« (24) составил 84% на дикислоту 20 и 17% на исходный ГАз (1).

7. Синтез структурно модифицированных гибереллинов 7.1. 1а,2а-Эпоксигиббереллин Аз

Эпоксигиббереллины представляют значительный интерес для использования этих соединений как ключевых промежуточных в синтезе полигидроксилированных гиббереллинов высших растений через стадию раскрытия эпоксидного цикла. До настоящего времени превращение ГАз (1) в полигидроксигиббереллины было нетривиальной многоступенчатой процедурой.

Кроме того, синтез эпоксигиббереллинов необходим для выяснения зависимости структура - свойство, поскольку неизвестно, как влияет на биологическую активность замена в молекуле фитогор-мона Аз (1) 1,2-двойной связи на эпоксидную группу.

Мы нашли, что эпоксид с транс-расположением эпоксидной и гидроксильной групп - 1 си,2а-эпоксигиббереллин Аз (36) может быть получен без использования защитных групп и с почти количественным выходом при дегидроиодировании известного иодлактона 26, получаемого в две стадии из ГАз (1). Реакция проходит в ацето-нитриле в присутствие карбоната калия и краун-эфира при кипячении в течение'5 часов (контроль - ВЭЖХ).

Установлено также, что эпоксид 36 образуется из иодлактона 26 при обработке последнего боргидридом натрия в ДМСО. Таким способом Мурофуши с соавт. пытались получить гиббереллин Аъь (25), но не достигли удовлетворительного результата и реакционную смесь не исследовали.

Строение и стереохимия молекулы эпоксида 36 установлены рентгеноструктурным анализом его метилового эфира 37.

Для выяснения корреляции структура-свойство было изучено влияние замены 1,2-двойной связи на эпокси-группу в молекуле ГАз (1). Одним из методов определения специфической биологической активности гиббереллинов является амилазный тест, основанный на количественном определении индукции фермента а-амилазы под действием испытуемого вещества в водном растворе на алейроновые клетки зерен ячменя. Испытания в этом тесте эпоксида 36, а также иодлактона 26 и взятых для контроля ГАз (1) и ГА56 (25) показали, что оба испытуемых вещества (26 и 36) обладают выраженным гиббереллиноподобным действием, причем активность эпоксида 36 вдвое превышает активность иодлактона 26, а последний по своей активности существенно не отличается от ГА56 (25).

Учитывая высокое сродство аминов к эпоксидным группам, можно прогнозировать применение 1а,2а-эпоксигиббереллина Аз (36) в синтезе иммуногенных белков для иммуноаффинных методов анализа и разделения гиббереллинов.

Известно, что биологическая активность гиббереллина Аз (1) определяется строением и стереохимией его молекулы. При изуче-

.Г

СООН

СООЯ (36) Я=Н (37) Я=Ме

(26)

7.2. 8,13-Изогиббереллин-иодкетоны

нии зависимости активности от структуры и поиске соединении с новыми биологическими свойствами возникает задача синтеза структурно модифицированных гиббереллинов. Значительный интерес представляют в этой связи изогиббереллин-иодкетоны типа 38 и 39.

(38) Я=Н

(39) И=Ме

СО(Ж

(I) И=Н (И) Я=Ме

(9)

соон

-"ОН

.1С1

№НСО,

сскж

(40) |*=Н

(41) И=Ме

Нами был предпринят поиск удобного и эффективного способа синтеза изогиббереллин-иодкетонов типа 38 и 39. Найдено, что соединение 1! с избытком .ЮЖаНСОз в ацетонитриле при комнатной температуре почти количественно превращается в иодкетон 38, структура которого подтверждена спектральными характеристиками. Соединение 39 может быть получено по той же методике превращением ГА} (1) в иодкетон 38 с последующим его метилированием диазометаном.

При Проведении реакции ГАз метилового эфира (И) с ЛС1 в ацетонитриле в отсутствие бикарбоната натрия, неожиданно обнаружена внутримолекулярная синхронная аллильная перегруппировка лакгона в кольце А молекулы ГАз (I), в результате чего был выделен соответствующий изогиббереллин-иодкетон 41, строение молекулы которого доказано методом РСА. Иодкетон 41 может быть получен также метилированием диазометаном иодкетона 40, образующегося из изо-ГАз (9) под действием, иодмонохлорида в присутствии бикарбоната натрия.

С (и

Аллогибберовая (4) и 9-эпиаллогибберовая (5) кислоты при действии ЛО/ЫаНСОз в ацетонитриле также претерпевают перегруппировку Вагнера-Меервейна с образованием соответствующих иодкетонов 42 и 43. Структуры обоих иодкетонов согласуются с их спектральными характеристиками.

Синтетические гиббереллин-иодкетоны могут быть полезными интермедиатами при функционализации колец СЮ молекул гиббе-реллинов, и кроме того, биологическая активность, которую эти соединения могут проявлять, не изучена и представляет значительный интерес.

Н

Н

(4) 9а-Н (5) 9(3-Н

(42) 9а -Н (43) 90-Н

выводы

1. Изучен процесс разложения гиббереллина Аз (ГАз) в водных растворах и при этом доказано, что превращение ГАз в устойчивые ароматические кислоты происходит через стадию образования нестабильной энт-13-гидрокси-19,20-диноргибберелла-1,3,9,16-тетра-ен-7-овой кислоты; получены количественные данные об устойчивости ГАз в водных растворах и показано, что ароматизация кольца А гиббереллина Аз в кислых растворах приводит к преимущественному образованию аллогибберовой кислоты, а в щелочных - ее эпимера, 9-эпиаллогибберовой кислоты.

2. Обнаружено новое превращение, протекающее при сплавлении ГАз с карбонатом натрия и приводящее к количественному образованию малодоступной 9-эпиаллогибберовой кислоты. На примере соединений гиббереллинового ряда показано, что направление этой реакции в расплаве определяется щелочным реагентом, так как при выдерживании ГАз в тех же условиях без карбоната натрия образуется смесь ароматических кислот, а при плавлении метилового эфира ГАз ароматизация не происходит.

3. Экспериментально показано, что гиббереллин Аз со свободной 7-карбоксильной группой превращается в изомеризованный продукт значительно медленнее, чем метиловый эфир ГАз. Тормозящее влияние на процесс щелочной изомеризации лактонного цикла молекулы ГАз оказывает соседствующий 7-карбоксилат-анион.

4. Найден новый продукт полного щелочного гидролиза ГАз, который образуется на стадии раскрытия у-лактонного цикла промежуточного гиббереллина изо-ГАз по механизму Bal2. Для соединения установлена структура энт-2а,3а, I З-тригидрокси-20-норгибберелла-1 (10), 16-диен-7,19-диовой кислоты.

5. Осуществлен новый простой синтез малодоступных гибберел-линов Ак и Ase на основе легко получающихся при полном щелочном гидролизе ГАз двух эпимерных кислот с 2Д,Зр- и 2а,Зр-диольными группировками.

6. Синтезирован ряд химически модифицированных гибберел-линов. Впервые получен 1а,2а-эпоксигиббереллин Аз, обладающий биологической активностью. Разработан удобный метод синтеза 8,13-изогиббереллин-иодкетонов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Pankrushina N.A., Tkachev A.V., Druganov A.G., Pentegova V.A. Evidence on the Unstable Triene Formation in the Process of Gibberellin Аз Aromatisation // Abstracts of Papers of XH-th Conference on Isoprenoids. - Pec Pod Snezkou, Czechoslovakia. -1987. - P. 170.

2. Панкрушина H.A., Ткачев A.B., Друганов А.Г. Доказательство образования нестабильного сопряженного триена при разложении гиббереллина Аз в воде II Химия природ, соедин. - 1988. -N5. - С.738-743.

3. Друганов А.Г., Панкрушина H.A. Влияние свободной карбоксильной группы гиббереллина Аз на скорость его изомеризации в водном аммиаке // Химия прйрод. соедин. - 1989. - N4. - С.588-589.

4. Pankruschina N.A., Druganov A.G., Raldugin V.A., Voigt В., Adam G. Uber die Reaction von Gibberellin-A3-Verbindungen mit Iodmonoclorid // Z. Chem. - 1989. - V.29.N10. -P.380-381.

5. Pankruschina N.A., Druganov A.G., Raldugin V.A., Voigt D., Adam G. Synthese und massenspektroskopisches Verhalten jodhaltiger Allogibberinsaure-Verbindungen // Journal f. prakt. Chemie - 1990. - V.332.N5. - P.800-804.

6. Друганов А.Г., Панкрушина H.A. Необычный щелочной гидролиз гиббереллина изо-Аз по механизму Bal2 II Химия природ, соедин. - 1990. - N5. - С.693-694.

7. Панкрушина H.A. Друганов А.Г. Подход к синтезу гибберелли-нов Äse и As II Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Химия природных низкомолекулярных биорегуляторов". - Ереван, 1990. - С.58.

8. Друганов А.Г., Панкрушина H.A. Эффективное одностадийное превращение гиббереллина Аз в 9-эпиаллогибберовую кислоту II Изв. АН СССР, сер. хим. - 1991. - N1. - С.257-258.

9. Друганов А.Г., Панкрушина H.A., Ралдугин В.А., Сапрыкин В.А., Евтушенко Е.В., Чекуров В.М. Синтез и биологическая активность 1 а,2а-эпоксигиббереллина Аз // Тезисы докладов Второй конференции "Регуляторы роста и развития растений". -Москва, 1993. - С.17.

10. Панкрушина H.A., Друганов А.Г., Багрянская И.Ю., Гатилов Ю.В., Ралдугин В.А., Шакиров М.М., Евтушенко Е.В., Сапрыкин

B.А. "|а,2а-Эпоксигиббереллин Аз: частичный синтез, спектры ЯМР, биологическая активность и кристаллическая структура его метилового эфира // Химия природ, соедин. - 1993. - N4. -

C.549-553.

11. Панкрушина H.A., Друганов А.Г., Багрянская И.Ю., Гатилов Ю.В., Шакиров М.М., Ралдугин В.А. Синтезы гиббереллинов As и Äse из гиббереллина Аз // Химия природ, соедин. - 1994. - N5. -С.663-669.