Исследование строения и комплексообразования изомерных пирролофенантридинов, бензофенантридинов и индольных производных 9-аминоакридина методом ЯМР 1Н и 13С в связи с их противоопухолевой активностью тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РОССИПСККИ ХШИШ-ТЕХНОЯОГИЧЕСКШ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д„ И. МЕНДЕЛЕЕВА

На праЕах рукописи

" 'л

у

БЕЗРУКОВ ИЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ И ШШЕКС00БРА30ВАНИЯ ГООЖРШХ 1ШР-РОЛОФЕНАНТРЩЩНОВ, БЕЕВОФШАНТРИДИНСВ И 'ШКОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 9-АМШОАКРИДИНА МЕТОДОМ ЯМ? 1Н И 1ЭС В СВЯЗИ С ИХ ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТЬЮ

(02.00.03 - органическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1993

Работа выполнена, в Российском химико-технологическом университете имени Д.И.Менделеева на кафедре органической химии.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор Н.Н.Суворов; кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Л.Н.Курковская. .1 I

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Прообразкокская М.Н., доктор химических каук, Негробедкий В.В.

Ведущая организация - научно-исследовательский физико-химичоский институт им. Л.Я.Карпова.

Защита диссертации состоится si-s^s^^ 1993 г. в часов на заседании специализи-

рованного совета Д 053.34.07 б Российском химико-технологическом университете им. Д.И.. Менделеева (125190, г.Москва L-140, русская . пл., дом 9) в ауд. &0С.

'С диссертацией можно ознакомиться в Информационном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева.

Автореферат разослан 1993 г. . '

Ученый секретарь специализированного совета

/

/W

// Е.П.Баберкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Среди синтезируемых в настоящее время биоло-ически активных противоопухолевых соединений большой интерес пред-гавляют конденсированные гетероциклические системы, содержащие %-збыточные (индол, пиррол) и тс-дефицитные. (пиридин, хинолин, изохи-элин, акридин, фенантридин) циклы. Одним из вакных условий проявле-ля противоопухолевой активности указанных.соединений является воз-экность их проникновения в ядро клетки и воздействия на ДНК путем зязывашя с ее основаниями. Среди многих возможных механизмов свя-геания наибольшим признанием пользуется интеркаляцнонная модель, эгда плоская ароматическая молекула располагается между параш оп-эделенных оснований ДНК, образуя тс-взаимодействующие комплексы зтэкинг-структуры). Однако значительные материальные и трудовые за-эаты, которые требуются при тотальном скрининге на активность всех ювь синтезируемых соединений in vivo, стимулируют разработку на->жных методов исследования препаратов in vitro с целью выявления их >тенциальной противоопухолевой активности.

Одним из самых информативных при идентификации строения сложных панических молекул и изучении их поведения в растворах является 1Тод спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Цель работы. Выявление методом ЯМР необходимых и достаточных (изнаков (структура, распределение заряда), ответственных за проти-юпухолевую активность полициклических гетероароматических интерка-;торов типа пирроло- и бензо[о]фенантридашов, поиск надекных спек-1альных критериев определения потенциальной активности in vitro, по 'айней мере в этом ряду.

Научная новизна. Впервые проведен систематический анализ и об-ружена корреляция параметров ЯМР (химических и изотопных сдвигов), рактеризукхцих комплексообразующую способность пирроло- и бензоСо]-нантридинов.с их противоопухолевой активностью in vivo. В качестве спресс-метода обнаружения последней впервые предложено использо-ть константу тс-тс самоассоциации солей гетероциклов в воде.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано печатных работ. Материалы диссертации доложены на П Всесоюзной эле-семинаре "Применение ЯМР в химии и нефтехимии" (Волгоград, ЭО Г.) и семинаре "Applied NMR Speotroeoopy" фирмы "Varian" (Ь'ос-э, 1990 г.).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,

пяти глав, выводов, списка цитированной литературы и приложения. Работа изложена на 163 страницах, включающих 7 рисунков, 29 таблиц и библиографию из 170 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В глзп9 I (обзор литературы) рассмотрены вопросы строения ДНК и ее фрагментов, а также исследования взаимодействия известных противоопухолевых препаратов с ДНК физико-химическими методами. Особое внимание уделено возможностям метода многоядерной ЯМР-спектроскопии для решения указанных задач и расчета структуры и прочности комплексов препаратов с фрагментами ДНК.

Объекта;,га исследования послужили синтезированные в РХТУ им. Д.И.Менделеева изомерные пирролофенантридины (ПФ) I+V, их четвертичные соли, бензо.[о]фенантрздин (ЕФ) Я и его хлормэтилат, изомерные пирролохинолжш (ПХ) VH+Я и их иодметилаты, инденохинолин И и его, гидрохлорид, а также индол- и индолилакридины Ш+XVD. Для удобства сравнения спектральных данных для всех исследованных соединений принята. следующая условная нумерация атомов.

И + V (а) а = Н X = cl

I + V (Ь) я « Ыо X = J

I + V (о) R в Ма X = MsSO~ *

II I > JU <х

Isl.

SI

1>I

ч.

осн ci~ 8 3-ь

м л ■ ны

ХВ

XV

га

хя

Глава 2_5, Исследуемые соли ПФ в силу своей плоской, полностью ароматичной структуры способны к саадоассограции по и-ти типу. Степень гакого взаимодействия можно попытаться использовать в качестве критерия последующего их связывания с фрагментами ДНК и проявленной 1п т!уо противоопухолевой активностью четвертичных солей, менящейся в эяду:

Использование основных растворителей (ДМСО) препятствует тс-тс ззаимодействию солей ПФ, поскольку молекулы ассоциированы за счет сислотно-основного взаимодействия с растворителем. Напротив, вода <ак растворитель и одновременно модель физиологической среды, соль-затируя полярные группы, способствует локализации зарядов противоположной природы в определенных частях молекулы и упрочнению тс-комп-пэксов. Этим объясняются обнарукенные сильнопольные изменения ХС зсех ароматических протонов солей ПФ при замене растворителя Д?.5С0-с1б та воду (Табл. 1),. поскольку парамагнитный вклад от х-системы одной лолекулы приводит к сильнопольнкм смещениям сдвигов ароматических тротонов другой. Так как в зависимости от типа сочленения колец геометрия самоассоциативного %-% комплекса изомеров и характер изменений ХС протонов различных положений могут значительно варьироваться, цля сравнимости результатов выбраны изменения ХС протона Н5 (Н4).

Исследованные нами иодметилаты Жъ и КЬ ограниченно растворим в зоде (с < ю-3 М/л) и поэтому отличаются слабой чувствительностью к :мене растворителя. У более растворимых в воде метосульфатов 1с+Уо и гидрохлоридов Ва и Уа проявилась большая чувствительность к смене

растворителя, ощутимо различающаяся для разных изомеров.

. Таблица 1. ХС 1Н положения Н5(Н4) солей ПФ I+V и БФ И в ДМСО-^ и d2o (c=Cmaz).

Сое д. ДМСО-dg d2o Д Соед. ДМСО-dg DgO Д

1о 10.16 7.91 2.25 Ea 9.94 7.98 1.96

lo 10.62 8.61 2.01 Eb 10.21 8.94 1.27

Eb 10.18 9.19 0.99 Во 10.18 8.38 1.80

lo 10.15 8 ¡73 1.42 Va 9.92 7.84 2.08

2b 9.92 7.88' 2.04 Vo 10.18 8.20 1.98

Хотя исследовашше гидрохлориды in vivo не проявили активности (вероятно по причине легкого депротонирования), сопоставление данных для солей различных изомеров способствует отбору структурных и зарядовых признаков, необходимых для проявления противоопухолевой активности. В связи с разной растворимостью даже однотипных солей величи-' на Л (таблица 1) не всегда характеристична, поэтому для более корректного сопоставления склонности к самоассоциации у изомерных ПФ с проявляемой ими противоопухолевой in vivo активностью были определены константы их самоассоциации при одной и той же концентрации.

Косвенной характеристикой степени разделения заряда в солях исследуемых ПФ может являться константа основности рКв соответствующих

а

им оснований. В сеязи с этим нами выборочно определены методом ЯМР 13с величины рКа для соединений I-Ш и V, соли которых проявили различную противоопухолевую активность и разное изменение ХС при смене растворителя. Способ определения рКа основан на сопоставлении сум- . марных изменений ХС а- и 7-углеродных атомов пиридинового фрагмента молекул, находящихся в виде свободных оснований и в протонированной. форме, согласно найденной нами линейной зависимости:'

Е АСа, АСа', ДС^ = - 9.12 рК„ - 1.85, 1

a

Найденные величины рк соединений 1-Ж и V оказались близки мэж-

а

ду собой (от 4.78 до 5.14 в д. рКа). Исходя из этого можно утверждать, что различия в коштлексообразовании солей ПФ в большей степени определяются геометрическими факторами, нежели электронными. По-видимому, при прочих равных условиях наиболее протяженной полициклической системе изомеров I и Я (линейная составляющая) соответствует и большая, по сравнению о изомерами Е и V, противоопухолевая активность. В случае изомера Q решающую роль играет компенсация заряда

катиона близко расположенной донорной группой мн.

Различная для разных ароматических протонов какдой конкретной соли степень изменения ХС в спектрах ЯМР 1Н при смене растворителя позволяет установить геометрию чс-тс-самоассоциата. Получено удовлетворительное совпадение теоретически рассчитанной по модели Дконсона и Бови последовательности изменений ХС всех протонов мотосульфатов 1о+Уо с экспериментальными при взаимном расположении взаимодействующих молекул по типу "голова к хвосту". 'Однако значительные (более 2 м.д.) экспериментальные диамагнитные смещения сигналов являются завышенными в 1.5+2.0 раза по сравнению с рассчитанными теоретически.

Более полного совпадения с экспериментальными данными удается цобиться при вертикальном сближении молекул в комплексе на расстоянии до з а, что оправдано, поскольку для ти-комплексов производных андола с пуриновыми и пиримидиновыми объектами известны данные РСА, демонстрирующие укороченные межплоскостные' расстояния, и при условии юлимерного а не димерного типа тс-комшюксрв.

Экспериментальные кривые (Рис. 1) зависимости ХС пиридинового

-протона (н-5) различающихся по активности изомеров 1о и ЕГо+Уо, а экже соединения Яь от их концентрации в воде были обработаны по ме->ду Липперта, формализм которого дает возмокность графическим путем феделить порядок самоассоциации, согласно уравнению:

Уа6 / Ап~1 = В + С х Аб, 2

[в А - концентрация соли; Ад - разность его ХС в отсутствии ком-

плекса и в комплексе; в и С - константы. Значение ДО в уравнении 2 рассчитывалось как разность ХС протона Н5 в ДМСО и воде.

При малых концентрациях (до з мМ) для не проявившей значительной противоопухолевой активности соли Ио по сопоставлению коэффициентов корреляции наблюдается преимущественно димерный тип ассоциации (г=0.993 для п=2 и г=0.985 для п=3), а для другого крайнего (по активности) случая - соедияьшя 1о - димерный и тримерный тс-комплексы почти равновероятны (г=0.997 для п=2 и г=0.995 для п=э). При больших концентрациях во всех случаях реализуются ассоциаты с п>з, т.е. начиная с С=э мМ, соли ПФ в водных растворах находятся в виде по крайней мере триггеров или самоассоциатов более высокого порядка.

На основании указанных концентрационных зависимостей были рассчитаны величины констант самоассоциации солей ПФ согласно принятому уравнению:

АО / 1.71

где с - концентрация соли; АО - разность ХС протона н-5 в мономерной и самоассоциированной формах. Величина 1.71=А0К соответствует принятому в литературе изменению ХС пиридинового а-протона при взаимодействии пиридинового и индольного колец на расстоянии г=з.5 а.

Более короткое расстояние и иная геометрия самоассоциатов в ПФ приводят к увеличению значения Абк, что делает вычисляв!,ше константы завышенными почти в з раза, т.е. достаточно условными. Однако появляется возможность сопоставить их относительные величины между собой, с литературными данными и с противоопухолевой активностью, выраженной увеличением сродней продолжительности жизни (Табл. 2).

Склонность четвертичных солей ПФ к ти-х-самоассоциации в еодной среде ке гарантирует их взаимодействия с нуклеозидами. Поэтому далее изучены процессы ассоциации между ПФ и нуклеозидами оснований, входящих в состав ДНК. По нашим данным нуклеозиды в водной среде не самоассоциированы, что позволяет использовать изменения их ХС 1н и 13с в качестве критерия связывания при исследовании процессов ассоциации с исследуегами соединениями.

Согласно литературным данным индолсодержапще гетероциклы взаимодействуют преимущественно с пуриновыми основаниями ДНК, а с пири-мидиновыми основаниями - слабее, причем энергия взаимодействия падает в ряду: аденин ~ гуанин > тимин » цитозин. Аналогичные результаты ожидаются и для исследуемых нами ПФ.

Действительно, в изученных комплексах метосульфатов По+Уо с ти-

П °

"Vм н1оГ|| »"V

НОНС NN _ _ 1 I ^ и „ ° М г1 ^О^ I

КПИ Ки/

А П й н П н н Г1 н

НО ОН НО ОН но и

адонозин гуанозин ' тимидин

мданом изменений ХС 1ЗсIпоследнего не ¡наблюдается, что говорит об 1 »тсутствии ощутимого стэкинг-взаимодействия с пиримидинами. Напротив, при изучении комплексов гидрохлоридов и мотосульфатов соедине-шй 1+У с аденозином и гуанозином зафиксированы значительные (до 5 1.д.) изменения ХС 13о нутслеозидов, зависящие как от соотношения 1уклеозид/ПФ, так и от строения изомера. При этом во всех случаях 5ыло обнаружено гораздо более сильное взаимодействие с аденозином, [ем с гуанозином. Рибозный фрагмент нуклеозидов судя по ХС 13о практически не участвует во взаимодействии.

В то же время молекулы, не склонные к образованию %-х самоассо-даатов в водных средах, не взаимодействуют по тс-тс типу и С нуклеози-;ами.. Так, для тршщклических моделей УИь+Хь, не образующих в водной ;реде тс-тс самоассоциатов, в смесях с аденозином были зафиксированы шшь незначительные изменения ХС 13с последнего.

Тбким образом, обнаруженная склонность к %-% самоассоциации в зодной среде у индолсодержащих гетероциклов означает и потенциальную зозможность их взаимодействия с пуриновыми основаниями ДНК. Коли-га ственную оценку сравнительной силы такого тс-х взаимодействия можно зделать на основании констант ассоциации солей ПФ с определенным ос-юванием ДНК.

С целью определения констант ассоциации были проведены эксперименты по определению изменений ХС 1н нуклеозидов при последователь-юм добавлении к их растворам заданной концентрации в воде малых количеств метосульфатов ПФ и иодметилатов ПХ до получения соотношения £уклеозид/соль ПФ(ПХ) приблизительно 1:1 (0 ~ 0.01 М/л).

• Значения констант ассоциации рассчитывались по формуле:

да / б0

К =-, 4

1 0

.\де Дб - изменения ХС 'Н нуклеозида в присутствии соли; 0о - исход-ше ХС 1н нуклеозида в отсутствии соли; с - концентрация соли.

Для склонных к самоассоциации солей ПФ константы ассоциации с аденозином оказались в несколько раз больше, чем для изоструктурных

моделей т+1ь (2+12 л/М для ПФ по сравнению с 0.2+0.5 л/М для ПХ). Последовательность измонония величин констант ассоциации для разных изомерных солей ПФ хорошо согласуется и с вычисленными ранее константами их самовссоциации, и с проявленной ь ходе биологических испытаний противоопухолевой активностью (Табл. 2).

Таблица 2. Сопоставление констант комплексообразования метосульфатов ПФ и хлорметилата БФ с их противоопухолевой активностью.

Соед-ние Константа Константа ассоци- Увеличение СПЯ,

самоассо- ации с % 9

щации аден-м гуан-м Р-388 . Ь-1210

1о 10.5 ю2 12.1 0.9 — 39

1о 2.9 ю2 3.0 - 11 .6 -

Во. 7.7 Ю2 5.4 0.4 20 -

Уо . 5.5 Ю2 5.9 0.2 32 29

иь 8.3 Ю2 7.8 8.6 - 32

• * - доза соединений Жо + Уо в биологических испытаниях составила 40 мг/кг, соединений 1о и Иь - 25 мг/кг.

Главч 3, Найденные подходы к определению потенциальной противоопухолевой активности у ПФ применимы и для некоторых других классов полициклических интеркаляторов. Нами были исследованы бензо[о]фенан-тридин И и его хлорметилат 3-Ь (О-метилфагаронин).

Протонные ХС соли Иь, несмотря на его слабую растворимость £ воде (~12 мМ), проявили сильную (до 2.14 м.д.) чувствительность в смене растворителя ДМСО-а6 на в20.. Из изменений ХС 1н следует, чтс геометрия комплекса в самоассоциате должна отличаться от таковой да? Ю. Это вызвано наличием в структуре соединения Я четырех объемныз метоксигрупп, препятствующих стэкингу молекулы по типу "голова в хвосту". Расчет геометрии самоассоциативного комплекса хлорметилатг иь по данным Джонсона и Бови показывает, что расположение длинны? осей молекул в комплексе близко к перпендикулярному. Лучшего совпадения между экспериментальными и теоретически рассчитанными данныш удается добиться в случав сближения плоскостей до з а и удвоения величин ¿0, т.е. при допущении, что и в случае БФ в растворе присутствую п-мерные «-комплексы (п>2).

Константа самоассощации БФ определялась методом, аналогичны? использованному для ПФ по изменениям ХС а-пиридинового протона н-<

И-ь в зависимости от его концентрации в воде (Табл. 1). БФ ИЬ по способности к самоассоциации в ряду исследованных соединения занимает положение непосредственно за наиболее активным ПФ 1о. Это согласуется с данными по противоопухолевой активности и позволяет использовать константы самоассоциации, вычисленные на основании данных ЯМР

IH, в качестве критерия потенциальной противоопухолевой активности и других, близких по структуре гетероцнклов.

Вывод' относительно более сильного взаимодействия ПФ с пуриновы-: ми основаниями ДНК по сравнению с пиримидиновыми, не может быть автоматически перенесен на исследуемый БФ И, поскольку в последнем отсутствует индольный фрагмент. Однако оказалось, что БФ, как и ПФ, предпочтительно связывается в водной среде с пуриновыми основаниями, поскольку ощутимых изменений ХС в тимидине. в присутствии хлорметила-та Иь не обнаружено. Изменения жэ ХС 1н и 13с аденозина и гуанозина при добавлении хлорметилата БФ близки между собой и демонстрируют в отличие от ПФ более сильное взаимодействие с гуанозином (Табл.2). Объяснением этому факту может служить, во-первых, различная геометрия тс—тс комплекса с нуклеозидами, а, во-вторых, отсутствие в БФ ин-дольной группы нн, способной связываться•с гуанозином и по типу кислотно-основного взаимодействия.

Значительный интерес проявляется и к некоторым структурным аналогам БФ. Так синтезированный на кафедре органической химии РХТУ ин-деноизохинолон ХП в повторных биологических испытаниях проявил достаточно сильную противоопухолевую активность, хотя для несопряженной, неплоской его структуры таковая не предполагалась. По спектрам 1н нами обнаружено, что гидрохлорид ХП-а трансформируется, давая через ю+12 часов в инертной среде хлороформа исходное свободное основание XI и незвестное' соединение', которое характеризуется отсутствием сигналов функциональных групп неароматического пятичленного цикла. -При исследовании нескольких параллельно синтезированных образцов соединения ХП, переведенных в гидрохлориды, было обнаружено, что указанной деструкции быстрее подвергаются те из них, которые содержали в своем составе избыток кислоты.

С целью идентификации получаемой в ходе деструкции новой формы нами был проведен эксперимент по дозированному подкислению раствора, содержащего гидрохлорид ХП-а. Подкисление проводилось барботировани-ем сухого НС1 в раствор гидрохлорида ХП-а в 0001^. После четырех часов саботирования соединение ХП-а полностью перешло., в соединение

II, спектры ЯМР 1н и 13с которого не содержали сигналов исходных ос-

нования II и гидрохлорида 11-а даже в следовых количествах. Спектр «о характеризуется отсутствием сигналов групп ы-сн3 и сн^сн при вр-^-гиСридизованном атоме углерода пятичленного фрагмента исходной молекулы, а также.появлением нового сигнала (185.2 м.д.) в области слабых полей. Спектр 1Н в СБС1Э содержит четыре сигнала, отвечающие ароматическим протонам (7.35, 7.22, 6.37, 5.81 м.д.), и четыре сигнала метоксигрупп в области 3.8 + 4.1 м.д. Соотношение интегральных интенсивностей ароматических и алифатичесиких протонов составляет 1:з. Спектры 1н и 1Эс в ДМСО-^ позволили цриписать новому соедине-нив следупдую структуру - II:

Одним из возможных путей превращения гидрохлорида инденоизохи-нолона XI в соединение XI является оллильное окисление с последующей перегруппировкой Пахмана-Брауна и отщеплением метальной группы от кватернизованного атома азота. Легкость такой трансформации в кислых средах позволяет предположить, что именно последнее соединение в силу своей плоской структуры ответственно за обнаруженную противоопухолевую активность.

Большой интерес для поиска новых противоопухолевых препаратов представляют синтезированные в РХТУ им. Д.И.Менделеева соединения ХБ + XVI, включающие нежестко связанные индольный и акридиновый фрагменты, и проявившие в биологических испытаниях различную степень активности. Так, соединениям 1К и IV свойственна активность к солидным опухолям, соединение XVI активно в отношении лимфолейкозов, а соединение ■ ХЯ не проявило какой-либо противоопухолевой активности. На основании сопоставления спектров 1н свободных оснований и прото-нированных форм ыеаду собой и в ряду солей соединений Ш+ГУП выявлены центры протонирования и показано, что на противоопухолевые свойства рассматриваемого ряда влияют тв' же два фактора: возможность- существования в максимально уплощенной форме и протонирование того реакционного центра, который обеспечивает максимальную степень разделения заряда.

Ещша ¿Ь. Прямые изотопные эффекты'(ИЗ),-а также изотопные .сдвиги (ИС) на ядрах .1 Зс в сложных органических соединениях- используются для исследования кислотно-основных взаимодействий. Установление свя-

и между величинами ИЗ, ИС и распределением электронной плотности'в олекуле позволяет рассчитывать на их применение и при изучении кон-урентных н-связыванию процессов тс—тс ксмплексообразования.

Для самого индола характерен преимущественно кислотно-основный ип взаимодействия со средой, где протонодонором выступает группа Я. Известно, что НЛ> ИЭ на ядре азота (1Д) может слукить хорошим ритерием силы н-связывания подвижного • протона с растворителем за чет различной для разных сред полярности связей ш/гго и, соответст-энно, энгармонизма их колебаний. Аналогичные результаты получены эми и при исследовании ИС через две (2Д) и три (3Д) связи на ядрах Зс при использовании растворителей,' сильно различающихся по своей зновности (Табл. 3). Принятая нумерация атомов части индольного рагмента-в экспериментах по определению ИС: •

м с р> %

аблица 3. Ш1/М) ИС на ядрах 13с ¡шдола в зависимости от относительной основности растворителя (Л5хл)а^.

Растворитель Д5хл 2Д 3Д 2'д З'д •5 1 1 3 Д

м.д. ррЬ ррЪ ррЬ ' ррь ррь

СБС1Э 7.85 0.0 148.4 32.7 139.3 20.7 19.5

Ацетон-й6 10.01 0.94 163.2 33.3 155.8 23.7 20.0

ДМС0-й6 11 .06 1.34 175.3 29.4 159.7 29.1 20.1

Пиридин-<15 11.93 .1-43 170.8 31 .9 162.4 22.6 20.6

?риэтиламин 11.17 1.51 177.2 29.8 164.9 27.1 20.4

""ексамотапол 12.08 2.03 184.6 31 .2 177.6 25.3 21 .0

1) Абхл = где 0 и 8« - ХС хлороформа при бесконечном раз-

тлении в исследуемом растворителе и циклогексане соответственно.

Средняя величина 2ЛСр (для атомов 2 и 2') линейно зависит от ?носительной основности среды, выраженной в шкале ЯМР по изменению (вига хлороформа:

2Дср = 18.07 х Дб^ + 143.12, г = 0.939 5

даой же коэффициент корреляции наблюдается и для суммарного £ 2Д,3Д : по атомам двойной связи.с2=с3: ■

Е 2Д,3Д =16.95 х ДС + 180.82, г = 0.989' 6

Остальные ИС или их комбинации коррелируют несколько хуже.

Исследование 18-ти замещенных индолов в ДМСО привело к антибат-ной в отличие от предыдущего случая зависимости между величинами ИС и что объясняется более сильной зависимостью ИС от электронно!1 плотности на атоме азота по сравнению с изменением полярности связи ЫН. Результаты для всех исследованных соединений, включая индол, независимо от положения заместителя ложатся на прямую:

2Дср = - 6.43 х + 238.79, г = 0.997 7

. Е 2Л,3Д = - 7.73 х Ош + 290.45, г = 0.999 8-

'. Для ряда 5-замещенных индолов наблюдается хорошая, корреляция ИС с константами электронного влияния заместителей Гаммета-Тафта:

2Дср = 167.39 - 5.58 Oj - 6.82 О0, г = 0.980 9

Е 2ДЛ = 204.62 - 6.27 Oj - 7.70 00, г = 0.994 10

Резонансный вклад заместителя в указанных системах соизмерим с индуктивным и несколько превышает его. Последнее предполагает ощутимо< изменение и-электронной плотности и ИС при переходе к конденсированным полициклам, поскольку присоединение дополнительных колец к ин-дольному фрагменту можно рассматривать как введение заместителей изменяющих тс-электронную плотность в пиррольной части молекулы.

Наблюдение зависимости между ИС и ХС ш-группы в ПФ и ПХ усложняется, т.к. ХС группы ин становится зависимым от анизотропных ] стерических вкладов, а также вклада неподеленной электронной пар азота пиридинового фрагмента, которые были рассчитаны и учтены. И: анализа полученных данных следует, что все изученные нами три- и те-трациклические производные индола обнаруживают общую линейную зависимость ИС от приведенного сдвига С^™ в ДМС0-с1б (Рис. 2):

Е 2лЛ = - 32.7 X б^113 + 585.45, г = 0.978 11

В отличие от замещенного индола величина б^Р™ в его конденси рованных производных от типа и числа колец меняется незначительно. : то же время ИС, отражающий перераспределение тс-электронной плотност: в пиррольном фрагменте при вариации сочленения колец, меняется го раздо сильнее (тангенс угла наклона зависимости увеличивается боле чем в 4 раза). При этом пиррольный фрагмент ПХ, для которых показан более сильное уменьшение электронной плотности за счет влияни х-дефицитной пиридиновой части молекулы, испытывает в целом боле сильное уменьшение ИС по сравнению с тетрациклическими ПФ. Для П характерно более слабое взаимодействие тс-избыточного и х-дефицитног

рагментов молекулы по сравнению с ПХ, поэтому величины КС для них лизки к индольной. Образование катионов также уменьшает ИС для ПФ.

Рис.2. Зависимость ИС на ядрах 1ЭС ПФ и ПХ (□), их гидрохлоридов (в), а также иодметилатов (©) и метосульфатов (о) от

Г Е 2А.3А РРЬ

20

10

00

в Ш30-си

пг

' 12.0 '

в^"8. М.Д.

Обнаруженная взаимосвязь между распределением электронной плот-ости в тс-системе исследуемых полициклических соединений и ИС на ядах 13о их пиррольного фрагмента позволяет использовать изменения оследних в качестве критерия наличия х-х самоассоциации либо х-х ссоциации с нуклеозидами у их солей.

Действительно, при переходе от ДМСО к- водным растворам четверичных солей 1о, Жо+Уо и Иь+Кь происходит уменьшение ИС (Табл. 4). ля несклонных к тс-тс самоассоциации моделей Шч-Кь это уменьшение но-начительно, заметно лишь при больших концентрациях и меняется адди-ивно, что может быть объяснено изменением акцепторных свойств раст-орителя по отношению к ш связи. Для образующих х-х самоассоциаты етосульфатов ПФ уменьшение ИС происходит неадцитивно, и степень его огласуется с вычисленными ранее в целях оценки их потенциальной ротивоопухолевой активности константами комплексообразования. Кро?<;е ого, уменьшение, величин ИС в тетрациклических изомерах идет более руто с увеличением концентращш вещества в С20, что еще раз под-верждает именно х-% характер их самоассоциации.

Добавление к растворам исследуемых солей в б2о аденозина вызы-ает дальнейшее падение величин ИС (Табл. 4) - сильное для метосуль-атов ПФ и гораздо более' слабое для иодметилатов ПХ. Однако в обоих лучаях изменения ИС становятся неаддитивными, что говорит об обра-овании %-х ассоциатов между аденозином с одной стороны и ПФ или ПХ другой, но с последними в значительно меньшей степени. При добав-

л8нии к растворам метосульфатов 1о+Уо в б2о гуанозина изменения ИС происходят несогласованно. Для метосульфата Ко наблюдается незначительное уменьшение величин ИС, а у метосульфатов 1о, Но и Уо, наоборот, происходит рост величин ИС. Указанный факт может быть объяснен наличием кислотно-основного взаимодействия между гуанозином и протоном ш пиррольного фрагмента метосульфатов 1о, Шо и Уо. В случае метосульфата Ео кислотно-основное взаимодействие затруднено из-за сте-рической недоступности пиррольного фрагмента и преобладает слабое тс-тс связывание с гуанозином, как это наблюдалось и в случав с НЬЪ.

Таблица 4. Изменения инлго ИС на ядрах 13с четвертичных солей ПХ ■ и ПФ при смене растворителя ДМСО-с^ на воду и .при добавлении нуклеозидов (точность ± 1 ррЪ).

Соед. Конц. 2. ср Е | Соед. Конц. Ч Е 2,ЭД

М/л ррЬ ррЪ М/л ррЪ ррь

1о 0.02 9.0 20.5 Уо 0.022 7.0 13.0

1о+А<1 0.02 11.5 25.5 Уо+Ай 0.022 12.0 22.0

1о+0и 0.02 8.0 18.5 Уо+Ои 0.024 4.0 9.0

1о 0.022 5.5 8.0 УПЬ 0.35 2.0 з.о

Ио+Ай 0.022 8.0 . 12.0 УПЬ+Ай 0.35 7.0 10.0

Ио+Ои 0.021 5.0 7.0 УЖЬ 0.35 2.5 2.5

Ео 0.02 6.0 15.0 УИЬ+Ай 0.35 4.5 . 11.5

Ео+Ай ) 0.02 11.5 26.0 КЬ 0.35 1.5 3.0

Ео+Ои 0.023 7.0 22.0 вы-Аа 0.35 5.0 9.0

Изменения величин ИС ПФ при переходе к б2о согласуются с проявляемой ими противоопухолевой активностью. Для наименее активного изомера 1о наблюдаются наименьшие изменения ИС, а. для наиболее активного изомера 1о - наибольшие. Для средних по активности изомеров Ко и Уо наблюдаются промежуточные значения изменений ИС.

Глава £ посвящена аппаратурным и методическим вопросам спектроскопии ЯМР.

выводы

1. Установлено, что четвертичные соли изомерных пирролофенан-тридинов и бензофенантридина в водной среде склонны к образованию самоассоциатов по типу стэкинг-комплексов, фиксируемых по изме-

юнию химических сдвигов их ароматических протонов при смене растворителя ДМСО-dg на DgO. Увеличению определенной in vivo противоопухолевой активности в изомерном ряду отвечает и более прочный t-комплекс, обнаруженный в ЯМР-экспериментах in vitro.

2. Найдено, что при взаимодействии с нуклеозидами исследование соли преимущественно связываются с пуриновыми основаниями ДНК (аденин, гуашш). Взаимодействие с пиримвдиковкми основаниями (ти-яш) незначительно.

3- Найденные величины констант ассоциации изученных четвертичных солей с пуриновыми основаниями составляют ряд, также согласующейся с последовательностью изменения их противоопухолевой активности, измеренной in vivo.

4. Обнаружена медленная трансформация соли 5,11-Диметил-2,3,-3,9-тетраметокси-11Н-индено[1,2-о]изохинолока в кетоформу, плоское строение которой предполагает, что именно последнее соединение ответственно за обнаруженную in vivo противоопухолевую активность.

5. Противоопухолевая активность ряда исследованных индол- и шдолилакридинов и их аминопроизводных связана с их конкурентно-зпособным протонированием по акридиновому атому азота, а также возможностью существования в максимально уплощенной форме.

6. Совокупность спектральных данных, полученных при. изучении эсновных свойств, самоассоциации и ассоциации с нуклеозидами по %-х типу, а также процессов протонирования для биологически активных соней пирроло- и бензо[о]фенантридинов и их неактивных тр1щиклических аналогов, позволяет сформулировать необходимые признаки противоопухолевой активности интеркаляторов: наличие плоской максимально ли-зейнопротяженной х-системы н эффективное разделение электронного заряда в ее х-избыточном и х-дефицитном фрагментах.

7. HH/ND изотопные сдвиги на ядрах 13о в индолсодернащих системах чувствительны не только к поляризации связи подвижного ш-про-гона за счет кислотно-основного взаимодействия молеку.та со средой, so и к изменению электронной плотности в тс-системе за счет введения заместителей, различного типа сочленения колец, а также в результате образования тс-х самоассоциатов и ассоциатов.

8. Установленные в различных средах зависимости величин ИС на ядрах 13о пиррольной части индола, три- и тетрациклических его производных, содержащих азиновый фрагмент, позволяют установить харак-гер взаимодействий в индолсодернащих системах, моделирующих взаимодействие с ДНК.

9. Обнаруженная взаимосвязь меаду экспериментальной биологической активностью и параметрами, полученными с помощью ЯМР-спектро-скопии, позволяет использовать данный метод в качестве экспресс-метода для прогнозирования на стадии исследования in vitro противоопухолевой активности среди вновь синтезируемых изомерных или структурно близких соединений, действувдих по принципу интеркаляции, по крайней мере в ряду пирроло- и бензо[о]фенантридинов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Л.Н.Курковская, И.А.Безруков, С.Н.Краснокутсткий, Е.П.Баберкина, М.Е.Самойлова, Н.Н.Суворов. Исследование строения и комплексооб-разовакия изомерных пирролофенантридинов и их четвертичных солей методом спектроскопии ЯМР 1н и 13с. //Химия природ.соедин.- 1991. - J6 3.- С.407-413.

2. Л.Н.Курковская, И.А.Безруков, Н.Н.СуЕоров. KH/ND-изотошше эффекты на ядрах 13с в индолсодеркаших системах как мера их комплексо-образуктей способности. //Химия природ, соедин.-' 1993.- * 1.

3. Е.П.Баберкина, М.Е.Самойлова, В.Н.Буянов, Р.Н.Ахвледиани, И.И.Левина, И.А.Безруков, Н.Н.Суворов. Пирролофенантридины. К. Синтез зн-пирроло[з,2-о]- и зн-пирроло[з,2-а]фенантридинов. Реакционная способность ЗН-пирроло[3,2-о]ф8нантридина. //ЖОрХ.- 1991.- Т.27. ВЫЛ 5.- С.1110-1118.

4. Н.М.Сазонова, И.И.Левина, И.А.Безруков, Ю.А.Ершова, В.И.Сладков, Т.С.Сафонова, Н.Н.Суворов. Синтез и противоопухолевая активность солей О-метилфагароника и его структурного аналога - хлорметилата С-норбензо(о)фонантридияа. //Хим.фарм.Ж,- 1991.- № 7.- С.31-34.

5. И.А.Безруков, Л.Н.Курковская, С.Н.Краснокутский. Исследования особенностей строения и комплексообразования изомерных пирролофенантридинов методом спектроскопии ЯМР 1н и 130.-//Применение ЯМР в химии и нефтехимии: Тез.докл. Ж Всесоюз. школы-семинара..- Волгоград: 1990, С.70.

6. Л.Н.Курковская, С.Н.Краснокутский, И.А.Безруков. Структурные особенности противоопухолевых пирролофенантридинов. //И Всес.конф. "Химия, биохимия и фармакология производных индола". Тез.докл.-Тбилиси - 1991.- С.107.

1 п

7- I.A.Bezrukov, L.N.Kurkovskaya. NMR Н and J0 investigation oí the isomeric benzo- and pyrrolophenanthredine seliassooiation and association with, nucleosides. //Seminar Applied NMR Speotrosoopy, October 24-25, 1990, Moscow, USSR, P.13. ----"