Новые гидрофилизированные и димерные производные хлорофилла A с фрагментами олигоэтиленгликолей в качестве гидрофильной части молекулы или спейсера тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

СТАРЦЕВА Ольга Михайловна

НОВЫЕ ГИДРОФИЛИЗИРОВАННЫЕ И ДИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ХЛОРОФИЛЛА А С ФРАГМЕНТАМИ ОЛИГОЭТИЛЕНГЛИКОЛЕИ В КАЧЕСТВЕ ГИДРОФИЛЬНОЙ ЧАСТИ МОЛЕКУЛЫ ИЛИ СПЕИСЕРА

02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 АПР 2015

Иваново 2015

005566493

005566493

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Инстит тут химии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор химических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Белых Дмитрий Владимирович

Березип Дмитрий Борисович ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», г. Иваново

Тюрин Владимир Сергеевич ФГБУН «Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН», г. Москва

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО Ивановский государственный университет

Защита диссертации состоится _27апреля_ 2015 г в часов на заседании совета

по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.01 в Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Шереме-тевский, д. 7. Контакты, тел. (факс) (4932) 32-54-33, e-mail dissovet@isuct.ni

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, Шереметевский пр. д. 7 или на сайте www.isuct.ru.

Автореферат разослан Ж xiafm^ 2015 г

Ученый секретарь, д.х.н.

Данилова Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Производные хлорофилла а интенсивно исследуются в качестве фотосенсибилизаторов (ФС) для фотодинамической терапии (ФДГ) в различных областях медицины (онкология, отоларингология, офтальмология, хирургия, лечение грибковых заболеваний). Некоторые из них уже нашли применение в клинической практике. Придание молекуле хлоринового ФС амфифильных свойств во многих случаях способствует усилению фотодинамического действия за счет более эффективного взаимодействия ФС с клеточными мембранами, что повышает результативность ФДТ. Учитывая, что порфирино-вый макроцикл является гидрофобной частью молекулы, представляет интерес внедрение на периферию макроцикла гидрофильных фрагментов, в качестве которых нами были использованы фрагменты олигоэтиленгликолей с числом этиленгликольных звеньев от двух до шести. Эти олигоэфиры представляют собой растворимые в воде соединения, молекулы которых имеют значительное количество центров, обуславливающих эффективную гидратацию при их растворении в воде. В связи с этим наличие таких фрагментов и их количество в молекуле способствует ее гидратации и, тем самым, повышает гидрофильность соединения. Кроме того, наличие фрагмента олигоэтиленгликоля способствует межмолекулярным взаимодействиям, обусловленным водородными связями. Длина полиэфирной цепочки, положение в макроцикле и количество этих фрагментов должны оказывать влияние на гидрофильность соединения, поэтому, внедряя такие фрагменты, можно изменять гидрофильные свойства получаемых производных. В литературе содержатся отрывочные сведения о подобных производных, включающих фрагменты триэтиленгликоля. В то же время систематических исследований влияния строения таких соединений на их гидрофильность проведено не было, поэтому синтез и исследование хлоринов с полиэфирными фрагментами, отличающихся длиной цепочки, ее положением в макроцикле и количеством олигоэтиленгликольных фрагментов представляет большой интерес. Дополнительная гид-рофилизация может быть достигнута за счет внедрения в молекулу катионных заместителей. Кроме того, наличие катионных групп может привести к новым биологическим свойствам. Поэтому разработка способов внедрения катионных групп в молекулы подобных производных является актуальной задачей. Известно, что димерные хлорины являются активными ФС для ФДТ онкологических заболеваний. Активность этих соединений в значительной степени зависит от длины и природы спенсера между макроциклами, поэтому синтез и изучение димерных хлоринов с олигоэфирными спенсерами представляет большой интерес. Таким образом, разработка методов синтеза и химической модификации гид-рофилизированных и димерных производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины в качестве гидрофильной части молекулы или спейсера между макроциклами, изучение свойств этих соединений представляют интерес с точки зрения развития химии фито-хлоринов и получения новых биологически активных соединений и,

поэтому, является актуальной задачей.

Целью настоящей работы является синтез, химическая модификация и исследование свойств гидрофилизированных и димерных производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины в качестве гидрофильной части молекулы или спейсера между макроциклами.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Изучение переэтерификации сложноэфирных и этерификации карбоксильных групп производных хлорофилла а действием да-, три-, тетра-, пента-, гексаэтиленгликолей, стимулированных различными катализаторами и «активирующими агентами».

2. Синтез производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины в качестве гидрофильной части молекулы, отличающихся длиной олигоэтиленгли-кольной цепочки, ее положением в хлоритовом макроцикле, а так же строением хлорино-вого макроцикла и количеством фрагментов олигоэтиленгликолей на его периферии.

3. Синтез дважды аминометилированных производных хлорина е6 с олигоэтиленгли-кольными фрагментами и дикатионных хлоринов на их основе.

4. Синтез димерных производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины в качестве спейсера между макроциклами с использованием реакции переэтерификации сложноэфирной группы экзоцикла с дальнейшей модификации полученных производных.

5. Изучение влияния структуры полученных соединений на их гидрофильность и ци-тотоксичность.

Научная новизна. Разработаны новые способы синтеза производных хлорофилла а с одним и двумя фрагментами олигоэтиленгликолей, основанные на переэтерификации сложноэфирных групп производных хлорофилла а, а так же различии в реакционной способности сложноэфирных групп экзоцикла и пропионатного заместителя в положении 17 метилфеофорбида а. Показано, что при действии на метилфеофорбид а ди-, три- и тетра-этиленгликолей в присутствии серной кислоты происходит переэтерификация сложно-эфирной группы заместителя в положении 17, а сложноэфирная группа в положении 13(2) экзоцикла в реакцию не вступает. С применением разработанных способов синтезирован ряд новых амфифильных хлоринов с фрагментами олигоэтиленгликолей в качестве полярной части, отличающиеся длиной полиэфирной цепочки (2-6 звеньев), положением полярного фрагмента в макроцикле и строением макроциклической части, а так же ряд форби-новых и хлориновых производных хлорофилла а с двумя фрагментами олигоэтиленгликолей. На основе данных о хроматографической подвижности полученных производных в условиях обращенно-фазовой ВЭЖХ показано, что внедре,ше олигоэтиленгликольного фрагмента (как первого, так и второго) значительно увеличивает гидрофильность молекулы в целом. Из структурных факторов наиболее сильно влияет наличие или отсутствие экзоцикла (размыкание экзоцикла приводит при одинаковой длине полиэфирной цепочки к уменьшению гидрофобное™), а так же положение полиэфирного фрагмента (увеличение длины спейсера между фрагментом олигоэтиленгликоля и макроциклом приводит к повышению гидрофильности). Удлинение полиэфирной цепочки не приводит к заметному увеличению гидрофильности. Аминометилированием винильной группы олигоэтиленгли-кольных производных хлорина е6 действием ^с(Ы,Ы-димстилами1ю)мстана с последующей кватернизацией диметиламиногрупп полученных дважды аминометилированных производных действием йодистого метила синтезирована серия не описанных ранее дикатионных хлоринов с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины. Синтезированы новые димерные хлорины с олигоэтиленгликольными спейсерами различной длины.

Практическая значимость. Предложен способ синтеза гидрофильных олигоэти-ленгликольных производных хлорофилла а. Разработана методика синтеза форбин-форбиновых, хлорин-хлориновых и форбин-хлориновых димерных производных хлорофилла а с олигоэтиленгликольными мостиками. Предложен удобный способ синтеза эфи-ров производных хлорофилла а по положению 17, позволяющий получать форбины и хлорины с одним и двумя фрагментами олигоэтиленгликолей (по 13 и 17-положению в фор-биновых и 15 и 17-положению в хлориновых производных). Синтезирована библиотека мономерных и димерных производных хлорофилла а, отличающихся гидрофильностью, зарядом молекулы и количеством макроциклов, исследование которых может выявить новые ФС для применения в различных областях медицины. Показано, что, внедрение фрагментов молекул олигоэтиленгликолей на периферию хлоринового макроцикла не приводит к заметному повышению токсичности соответствующих производных. Полученный результат может быть использован при разработке методов гидрофилизации производных природных порфиринов. Установлено, что темновая токсичность во всех случаях значительно снижается при переходе от мономерных хлоринов к димерным вне зависимости от строения макроциклов, объединенных в димер, поэтому димерные производные перспективны для дальнейшего исследования в качестве ФС.

Апробация работы н публикации. Основные материалы работы докладывались и обсуждались на VII всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием по химии и наноматериалам «Менделеев -2013» (Санкт-Петербург, 2013); II всероссийской молодежной научной конференции (с элементами научной школы) «Молодежь и наука на севере». (Сыктывкар, 2013); VIII всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Калининград, 2013); российском семинаре по химии порфиринов и их аналогов. XXXI научная сессия (Иваново, 2014); IV всероссийской молодежной научной конференции «Химия и технология растительных веществ и материалов» (Сыктывкар, 2014); IV всероссийской молодежной научной конференции «Химия и фармакология растительных веществ» (Сыктывкар, 2014). По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК и тезисы 8 докладов на всероссийских и международных конференциях.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института химии Коми НЦ УрО РАН по темам «Органический синтез новых веществ и материалов; получение физиологически активных веществ на основе функциональных производных изопреноидов, липидов и природных порфиринов; асимметрический синтез. Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья» (регистрационный № 01.2.00950779); Развитие методологии асимметрического органического синтеза; получение физиологически активных веществ на основе функциональных производных изопреноидов, порфиринов и гетероциклических соединений. Получение новых веществ и материалов, научные основы химии и технологии экологически безопасной комплексной переработки растительного сырья регистрационный № 01201255403). Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ «проект № 12-03-31302 мол_а», «проект № 1403-01061 а» и программы «УМНИК» (2013).

Личный вклад автора состоит в непосредственном участии, в постановке цели и задач исследования, планировании, выполнении эксперимента, интерпретации результатов спектральных исследований полученных соединений и обсуждении результатов. Подготовка соединений для оценки гидрофильности методом ВЭЖХ и биологических испытаний. Все описанные в работе эксперименты выполнены лично автором.

Объем и структура диссертации диссертационная работа изложена на 136 стр., содержит 24 рисунков, 56 схем и состоит из введения, 3-х глав, выводов и списка литературы из 126 наименований. В первой главе (литературный обзор) рассмотрены методы синтеза водорастворимых порфиринов, порфирины с гликольными заместителями, приведены реакции экзоцикла метилфеофорбида а, рассмотрены пути синтеза димерных порфиринов. Во второй главе приведено обсуждение полученных результатов. В третьей главе приведены методы получения соединений и их спектральные характеристики.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ДИССЕРТАЦИИ

1. Получение производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтнленгликолей

Для внедрения на периферию хлоринового макроцикла фрагментов олигоэтнленгликолей (соединения (2-23, 26-30), схемы 1, 2) нами были использованы реакции переэтери-фикации сложноэфирных групп в положениях 17 и 13(2) (в условиях катализа кислотой и с использованием активации 2-хлор-К-метилпиридиний йодидом) и этерификации карбоксильной группы в положении 17. Переход от форбиновых производных к хлориновым осуществляли размыканием экзоцикла при действии метиламина (схема 1). Строение полученные соединений было подтверждено с использованием ИК, электронной (UV-Vis) и ЯМР Н спектроскопии, а так же масс-спектрометрии. Внедрение фрагмента олигоэти-ленгликоля приводит к уменьшению хроматографической подвижности на нормальной фазе (ТСХ, Sorbfil) как по сравнению с исходными сложноэфирными, так и карбоксильными производными. В масс-спектрах (ESI) наблюдаются пики, соответствующие протониро-ванным молекулярным ионам полученных соединений (2-23, 26-30), а также, во многих случаях, аддуктам с катионами натрия и калия. Фрагмент олигоэтиленгликоля проявляется в ИК спектре слабой полосой в области 2730-2750 см'1 соответствующей валентным колебаниям связи С-Н метиленовой группы, соединенной с эфирным атомом кислорода. В спектре ЯМР 'Н олигоэтиленгликольные фрагменты проявляются в виде мультиплетов в областях 4.60-4.00 и 3.90-3.00 м.д., соответствующих протонам метиленовых групп при сложноэфирном, спиртовом и эфирном атомах кислорода. Переэтерификация сложно-эфирной группы приводит к исчезновению в спектре ЯМР 'Н продукта синглета соответствующего метильного фрагмента, что позволяет отличить замещение метоксила в положениях 13(2) и 17 (рисунок 1).

- / о

о | О \ со1сн>

Л - 1-3

. п п»1Л п

(10-12) п-1-3 (21-23) п-1-3

п = 1 (2, 5,10,13,16,21), п = 2 (3,6,11,14,17,22), п = 3 (4,7,12,15,18,23); п = 4 (8,19); п = 5 (9, 20)

Схема 1 - г. НОСН2(СН2ОСН2)„ОСН2ОН, ВДО^о««), комн. темп. 16-20 ч (2 (выход: 51%), 3 (46%), 4 (45%), 10 (42%), 11 (42%), 12 (27%)); п: НОСН2(СН2ОСН2)„ОСН2ОН, 2-хлор-Ы-метал-пиридиний йодид, 4-диметнламинопиридин, толуол, кипячение 1-3 ч (5 (57%), 6 (67%), 7 (50%),, 8 (67%) 9 (47%))' .и: СН3МН2/НгО, ТГФ, комн. темп. 1-2 ч (13 (58%), 14 (16%), 15 (21%), 16 (60%), 17 (74%), 18 (62%), 19 (71%), 20 (57%), 21 (42%), 22 (46%), 23 (29%)).

со,сн,

п = 1 (26); п = 2 (27); п = 3 (28); п = 4 (29); п = 5 (30) Схема 2 - г. коллидин, кипячение, 30-40 минут; и: НОСН2(СН2ОСН2)»ОСН2ОН (п - 1-3), Н25О4(.„га0. комн. темп. 12-16 ч (26 (выход: 24%), 27 (29%), 28 (28%)); ш: Н20-НС1/ацетон; .V: НОСН2(СН2ОСН2)„ОСН2ОН (п = 4, 5), 2-хлор-Ы-метилпиридиниЙ йодид, 4-диметиламинопиридин, ТГФ, кипячение 1-2 ч (29 (36%), 30 (31%)).

«Ю-со^н, 12-сн,

1Г-СОаСН,

Рисунок 1. Спектр ЯМР 'Н метилфеофорбида а (1) (А) и его диэтиленгликольных эфиров (5) (В) и (2) (С) (СОС13,300 МГц, область 3.00-4.00 м.д).

Химические сдвиги сигналов этих протонов в спектрах ЯМР 'Н метилфеофорбида а (1) существенно отличаются друг от друга и, в то же время, слабо изменяются при изменении длины олигоэтиленгликольной цепочки, поэтому они могут служить надежным источником информации о направлении протекания реакции (см. рисунок 1, на котором в качестве примеров приведены спектры ЯМР 'н метилфеофорбида а (1) и его диэтиленгликольных эфиров (2) и (5), отличающихся друг от друга положением диэтиленгликольного фрагмента). Исследование всех полученных 13(2)-карбометоксильных форбиновых производных методом ЯМР 'Н показывает, что все они представляют собой смесь диастереоме-ров по положению 13(2) со значительным преобладанием 13(2)-Я диастереомера.

Размыкание экзоцикла форбиновых производных проявляется в ИК и ЯМР спектрах полностью аналогично наблюдавшемуся на примере более простых производных. В ИК спектрах полученных производных хлорина е6 (13-23) отсутствует полоса поглощения ке-то-группы в положении 13(1) при 1700 см'1 и наблюдаются полосы поглощения амидной группы («амид-1» при 1650 см'1 и «амид-П» при 1550 см"1). В спектрах ЯМР "Н соединений (13-23) отсутствует синглет в области 6.25-6.35 м.д., соответствующий протону в положении 13(2) экзоцикла, и наблюдаются сигналы протонов метиленовой группы заместителя в положении 15, образующегося при размыкании экзоцикла (дублеты АВ-системы в области 5.00-6.00 м.д.), а так же сигналы протонов метиламидной группы (уширенный однопро-тонный квартет или неразрешенный мультнплет, соответствующий протону №{ и трехпро-тонный дублет, соответствующий метальному фрагменту метиламидной группы).

Получение эфиров по карбоксильной группе в положении 17 макроцикла с ди-, три-и тетраэтиленгликолями проводили действием избытка соответствующего диола на 17-метиловые эфиры в присутствии серной кислоты (схемы 1, 2). Ди-, три- и тетраэтиленгли-коли выступали одновременно в качестве реагентов и растворителей. В случае производных (1, 24), растворимость которых в смеси олигоэтиленгликолей и серной кислоты мала, к реакционной смеси добавляли небольшое количество хлороформа до полного растворения исходного хлорина. В результате происходила переэтерификация сложноэфирной группы заместителя в положении 17 с образованием целевых продуктов. Переэтерификация сложноэфирной группы экзоцикла метилфеофорбида а (1) в этих условиях не происходит. Соответствующие производные были получены в случае пирофеофорбида а (24) (схема 2). Этот же активирующий агент был использован нами для синтеза 13(2)-эфиров метилфеофорбида а (5-9) с фрагментами ди, три-, тетра-, пента- и гексаэтиленгликолей. Получение производных хлорина ее с фрагментами олигоэтиленгликолей в положении 15 (16-20) проводили действием метиламина на форбиновые производные (5-9) (схема 1). Аналогично могут быть получены производные хлорина е6 с фрагментами олигоэтиленгликолей в положении 17 (13-15) (размыкание экзоцикла производных метилфеофорбида а (2-4) действием метиламина) (схема 1). Для получения форбшювых производных с двумя фрагментами олигоэтиленгликоля (10-12) использовали переэтерификацию сложноэфирной группы в положении 17 производных (5-9). Производные хлорина е6 с двумя фрагментами олигоэтиленгликоля (21-23) могут быть синтезированы действием метиламина на форбиновые производные (10-12).

Отделение даже небольшого избытка диола от продукта реакции является самой трудоемкой частью процесса. Чем более полярно получаемое производное, тем труднее происходит его отделение. Так, например, была предпринята попытка синтезировать производные хлорины Св с двумя олигоэтиленглкольными фрагментами непосредственно из мо-ноэфиров по положению 15 (16-20), но она не увенчалась успехом из-за невозможности отделения полученного производного от олигоэтиленгликоля. В связи с этим синтез оли-гоэтиленгликольных производных следует планировать таким образом, чтобы стадия, включающая взаимодействие с олигоэтиленгликолем, проводила к образованию, по возможности, максимально гидрофобного соединения и все последующие превращения с образованием более гидрофильных производных проводились без применения олигоэтиленгликолей. Так, при внедрении двух фрагментов олигоэтиленгликолей (соединения (21-23)) целесообразно сначала получить форбиновые производные (10-12), а затем проводить размыкание экзоцикла. Аналогично производные хлорина е6 с фрагментами олигоэтиленгликолей в положении 17 (13-15) удобнее получать через соответствующие 17-эфиры фео-форбида а (2-4).

2. Модификация хлоринов с фрагментами олигоэтиленгликолей

2.1 Димерные производные хлорофилла с олигоэтиленгликольными спенсерами

Длина и природа спейсера во многих случаях оказывает решающее влияние на свойства димерных хлоринов. По литературным данным, фрагменты олигоэтиленгликолей являются полифункциональными спейсерами, межмолекулярные взаимодействия с участием

которого позволяют регулировать свойства димерных макрогетероциклов. Нами получены димерные производные хлорофилла о на основе 13(2)-эфиров метилфеофорбида а с оли-гогликольными спенсерами (31-35). Построение димерных молекул было выполнено с помощью реакции переэтерификации сложноэфирной группы экзоцикла метилфеофорбида а. Хлорин-хлориновые димеры (41-45) были получены реакцией размыкания экзоциклов форбин-форбиновых димеров (36-40) под действием метиламина. Хлорин-форбиновые димеры получали при взаимодействии метилфеофорбида а (1) и производных хлорина е6 с олигоэтиленгликолышми фрагментами в положении 15 (16-20), стимулированном 2-хлор-Ы-метилпиридиний йодидом в присутствии 4-диметиламинопиридина в качестве основания.

согсн,

СОгСН,

V)/ ^

п. 1.5 (3640) ^r Т5Г

1>>)-5 («■»)

п = 1 (5,16, 31, 36, 41); п = 2 (6,17, 32, 37, 42); п = 3 (7,18, 33, 38,43); п = 4 (8,19, 34, 39, 44) п = 5 (9

20, 36, 40, 45) '

Схема 3 — i: CH3NH2/H20, ТГФ, комн. темп. 30-60 мин (16 (выход: 60%) 17 (74%) 18 (62%) 19 (71%), 20 (57%), 41 (52%), 42 (50%), 43 (53%), 44 (59%), 45 (51%)); ii: (1)/ТОлуол,'2-хлоР-Ы-метилпирндиний йодид, 4-диметиламинопиридин, кипячение 1-3 ч (31 (70%) 32 (64%) 33 (67%)

34 (77%), 35 (64%), 36 (45%), 37 (42%), 38 (47%). 39 (40%), 40 (40%)). ' '

В масс-спектрах (MALDI) полученных соединений наблюдаются пики премированных молекуляных ионов, значения m/z которых соответствует димерным молекулам Макроциклы форбин-форбиновых (36-40) и хлорин-хлориновых (41-45) димеров магнитно эквивалентны, поэтому в спектрах ЯМР >Н во всех случаях наблюдается только один набор сигналов. В то же время, относительная интенсивность сигналов протонов макроциклов и метиленовых групп фрагментов олигоэтиленгликолей форбин-форбиновых (36-40) и хлорин-хлориновых (41-45) димеров соответствует димерным производным. В спектрах ЯМР H хлорин-хлориновых димеров (41-45), полученных действием метиламина на фор-бин-форбиновые димеры (36-40) отсутствуют синглеты протонов в положении 13(2) экзо-

циклов и появляется мультиплет АВ-системы метиленовых групп хлориновых макроциклов. В спектрах ЯМР 'Н хлорин-форбиновых димеров (31-35) наблюдаются сигналы хло-ринового и форбинового фрагментов.

2.2 Аминометилирование винильной группы и синтез дикатионных производных

Известно, что взаимодействие 13-амидов хлорина е6 с бис(Ы,М-диметиламино)метаном (46) приводит к внедрению в винильную группу двух диметила-минометильных заместителей и может быть использовано для синтеза предшественников дикатионных хлоринов. Аминометилирование винильной группы хлоринов (16-20) проводили при кратковременном (20-30 минут) кипячении (16-20) с избытком бис(М;Ы-диметиламино)метана (46) в смеси ТГФ и АсОН. В результате реакции образуются дважды аминометилированные по винильной группе 13-амиды хлорина е6 с гликольными заместителями в положении 15 (47-51) (схема 4).

п = 1 (16,47,52); п = 2 (17,48, 53); п = 3 (18,49,54); п = 4 (19, 50, 55); п = 5 (20,61, 56)

Схема 4 - г. ((СН3)2К)2СИ2, ТГФ/АсОН, кипячение, 20-30 мин (47 (выход: 50%), 48 (47%), 49 (45%), 50 (43%), 51 (51%)); и: СН31, ТГФ, комн. темп., 60 мин (выходы количественные).

В спектре ЯМР *Н полученных соединений (47-51), по сравнению с исходными (1620) отсутствуют сигналы двух из трех протонов винильной группы, что свидетельствует о двукратном замещении в винильной группе. В масс-спектре аминометилированных производных хлорина е6 с олигоэтиленгликольными фрагментами (47-51) наблюдаются пики (МН+2Н)+.

Последующая кватернизация аминогрупп дважды аминометилированного производных хлоринов е6 (47-51) под действием йодистого метила (схема 4), позволяет получить серию дикатионных хлоринов (52-56) с количественными выходами. Внедрение двух ка-тионных групп на периферию макроцикла позволяет улучшить растворимость гликольных производных хлорина е6 (47-51) в воде. В спектре полученных производных происходит смещение сигналов метильных фрагментов аминометальных заместителей в область слабого поля, интенсивность сигналов замещенных групп увеличивается пропорционально увеличению метильных фрагентов. Полученные дважды аминометилированные производные представляют собой смесь цис- и транс-изомеров.

3. Исследование гидрофильное™ п цитотоксичности полученных производных

3.1 Оценка гидрофильное™ производных хлорофилла а с фрагментами олиго-этнленгликолен на основании данных ВЭЖХ

Для оценки гидрофильное™ биологически активных веществ используют характеристики их распределения между водной и «жировой» фазой, в настоящее время в качестве «жировои» фазы принято использовать октанол. Кроме того, было показано, что коэффициент распределения коррелирует с временами удерживания соединений при их хромато-графировании на обращенной фазе. Из этого следует, что хроматографическая подвижность соединений на обращенной фазе может служить количественным критерием оценки гидрофильных свойств наряду с распределением между октанолом и водой: чем выше подвижность, тем больше гидрофильность исследованного соединения и чем больше разница во временах удерживания, тем сильнее отличается гидрофильность.

Таблица 1. Времена удерживания хлоринов с олигоэтиленгликольными фрагментами (Thermo finmgan surveyor (PDA, колонка Hypersil CIS 100x2/1 мм, градиентное элюирование (от смеси 1 /. водная трифторуксусная кислота - метанол (40:60 по объему) до чистого метанола за 50 мин

скорость потока 0.4 мл/мин). (•) - производные хлорофилла а без фрагме,гга олигизтиленгликоля для сравнения.

п X^J - =5, .

-СКн (¡3- -tcq-

V V

а'-С / О N о*\ а у J с=о 'ч X» ^

Gl = ОСЬ 12(СН.ОСН,)пСН2ОН G1 = ОСН2(СН2ОСН2)„СН2ОН

X-G1 Х = ОСН3 X = Y = X = G1 X — OCHj X = Y =

Y = OCHj Y = G1 = G1 Y = OCHj Y =G1 = G1

1 37.76 (5) 36.68 (2) 29.13(10) 41.64(26) 36.14(16) 34.01 (13) 27.03 (21)

2 37.54 (6) 36.56 (3) 33.28 (11) 41.48 (27) 36.46 (17) 34.43 (14) 31.19(22)

3 36.81 (7) 36.39 (4) 31.90 (12) 41.22 (28) 36.22 (18) 33.98 (15) 30.09 (23)

4 36.46 (8) 43.09 (29) 35.93 (19)

5 36.58 (9) 40.74(30) 36.12(20)

О 41. ID (I) 45.92 (24) 40.96 (57)

метилфеофорбид а метилпиро- 13(1 )-Ы-метиламид-15(2), 17(3)-

феофорбид а диметилового эфира хлорина е6

Сопоставление хроматографических характеристик полученных в работе олигоэти-ленгликольных производных (2-30) (таблица 1) позволяет отметить следующие особенности влияния структуры на гидрофильность полученных соединений. Внедрение олигоэти-ленгликольного фрагмента (как первого, так и второго) существенно увеличивает гидрофильность молекулы в целом, однако удлинение полиэфирной цепочки не приводит к заметному увеличению гидрофильное™. Значительно сильнее на гидрофильность влияет наличие/отсутствие экзоцикла и положение олигоэтиленгликольного фрагмента в макроцикле. Переход от форбиновых производных к хлориновым приводит, при прочих равных ус-

ловиях (длина олигоэтиленгликольной цепочки и количество одинаковых олигоэтиленгли-кольных заместителей), к существенному повышению гидрофильности соединения. Так, переход от 13(2)-гликольных производных (5-9) к соответсвующим хлоринам (16-20) приводит к уменьшению времени удерживания. Аналогично при переходе от форбиновых производных с фрагментом олигоэтиленгиколя в положении 17 (2-4) к хлоринам с таким же фрагментом в том же положении (13-15) время удерживания уменьшается. Полученные результаты можно объяснить тем, что удаление фрагмента олигоэтиленгликоля от макроцикла приводит к более эффективной гидратации этого фрагмента, что и обуславливает повышение гидрофильности. При прочих равных условиях изомерные производные с фрагментом олигоэтиленгликоля в положении 17 имеют большую хроматографическую подвижность, чем производные с гликольным фрагментом в положении 13(2) (в случае форбиновых производных) или в положении 15 (в случае хлоринов). Так, время удерживания производных хлорина с фрагментом олигоэтиленгликоля в положении 17 (13-15) меньше, чем у аналогичных производных с олигоэтиленгликольным фрагментом в положении 15 (5-7).

3.2 Влияние внедрения фрагмента олигоэтиленгликоля па токсичность 1

Ковалентное связывание фрагментов олигоэтиленгликолей с фрагментами производных хлорофилла а может существенно изменить их биологическую активность. В связи с этим была выполнена оценка темновой цитотоксичности полученных производных хлорофилла с полиэфирными фрагментами на периферии макроцикла. Оказалось, что в целом влияние внедрения олигоэтиленгликольного фрагмента на темновую цитотоксичность неоднозначно и, как и в случае гидрофильных свойств, сильно зависит от строения макроцикла, положения полиэфирного заместителя, причем внедрение одного и того же олигоэтиленгликольного фрагмента в молекулы разных производных хлорофилла а может привести как к усилению, так и к ослаблению темновой цитотоксичности. Удлинение полиэфирной цепочки приводит к некоторому снижению токсичности в ряду 13(2)-эфиров ме-тилфеофорбида а (5-9) и метилпирофеофорбида а по положению 17 (26-30). В случае ме-тиламидных производных с полиэфирными фрагментами в положении 15 (16-20) производные с четным количеством звеньев в полиэфирной цепочке значительно токсичнее, чем производные с нечетным количеством звеньев. Внедрение второго полиэфирного фрагмента слабо влияет на токсичность соединения. Объединение в одной молекуле двух макроциклов приводит к резкому снижению токсичности вне зависимости от наличия экзо-цикла в макроциклических фрагментах димерных производных. В целом, внедрение фрагментов молекул олигоэтиленгликолей на периферию хлоринового макроцикла не приводит к значительному повышению токсичности соответствующих производных.

1 - оценка цитотоксичности полученных производных выполнена сотрудниками Института биологии Коми НЦ УрО РАН Пылиной Я.И. и Велегжаниновым И.О.

Основные результаты и выводы

1. Показано, что при действии на метилфеофорбид а ди-, три- и тетраэтиленгликолей в присутствии серной кислоты происходит переэтерификация сложноэфирной группы заместителя в положении 17, а сложноэфирная группа в положении 13(2) экзоцикла в реакцию переэтерификации не вступает. Переэтерификация сложноэфирной группы экзоцикла может быть региоселективно осуществлена при использовании в качестве активирующего агента 2-хлор-М-метилпиридиний йодида в присутствии основания.

2. На основании данных о реакционной способности сложноэфирных групп метилфе-офорбида а в реакции переэтерификации предложены эффективные способы синтеза производных хлорофилла а с одним и двумя олигоэтиленгликольными фрагментами в положениях 13 и 17 макроциклов форбиновых производных и 15 и 17 - в макроциклах хлори-новых производных.

3. Разработана методика синтеза форбин-форбиновых, хлорин-хлориновых и форбин-хлориновых димерных производных хлорофилла с олигоэтиленгликольными мостиками между макроциклами с числом звеньев от двух до шести.

4. Синтезирован ряд дикатионных хлоринов с фрагментами олигоэтиленгликолей различной длины путем аминометилирования винильной группы соответствующих производных хлорина е6 бис(Ы,№диметиламино)метаном с последующей кватернизацией аминогрупп полученных дважды аминометилированных производного хлорина е6 действием йодистого метила.

5. Выполнена оценка гидрофильности олигоэтиленгликольных производных на основе данных о хроматографической подвижности полученных олигоэтиленгликольных производных в условиях обращеннофазовой ВЭЖХ. Показано, что внедрение олигоэтиленгли-кольного фрагмента (как первого, так и второго) значительно увеличивает гидрофильность молекулы в целом, в то время как удлинение полиэфирной цепочки не приводит к заметному увеличению гидрофильности. На гидрофильность молекулы олигоэтиленгликольных производных ниабольшее влияние оказывает наличие или отсутствие экзоцикла (размыкание экзоцикла приводит при одинаковой длине полиэфирной цепочки к уменьшению гид-рофобности), а так же положение полиэфирного фрагмента (увеличение длины спейсера между фрагментом олигоэтиленгликоля и макроциклом приводит к повышению гидрофильности).

6. Показано, что, несмотря на собственную токсичность олигомеров этиленгликоля, внедрение фрагментов этих молекул на периферию хлоринового макроцикла производных хлорофилла а не приводит к повышению токсичности соответствующих производных, несмотря на то, что олигоэтиленгликольные фрагменты связаны с макроциклом при помощи относительно лабильной сложноэфирной связи. Полученный результат может быть использован при разработке методов гидрофилизации производных природных порфиринов. Все полученные в работе мономерные и димерные производные перспективны с точки зрения дальнейшего исследования в качестве медицинских фотосенсибилизаторов.

Публикации по теме диссертации

1. Старцева О.М. Новые димерные производные хлорофилла а с фрагментами ди-, три-и тетраэтиленгликолей в качестве спейсеров между макроциклами / О.М. Старцева, Д.В. Белых, В.М. Шегера, Л.А. Тулаева // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т.38. - № 6. - С. 43-48.

2. Белых Д.В. Новые рН-независимые амфифильные производные хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей в качестве гидрофильной части: синтез и оценка гидрофильное™ / Д.В. Белых, О.М. Старцева, С.А. Патов // Макрогетероциклы. - 2014. - Т.7. -№4. -С. 401-404.

3. Старцева (Смирнова) О.М. Синтез димерных хлоринов с олигоэтиленгликольными мостиками / О.М. Старцева (Смирнова), Д.В. Белых, В.М. Шегера, Л.А. Тулаева // Тез. докл. VII всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием по химии и наноматериалам «Менделеев -2013». - Санкт-Петербург. -2013.-С. 96.

4. Старцева (Смирнова) О.М. Синтез гидрофилизированных производных производных хлорина е6 с олигоэтиленгликольными мостиками / О.М. Старцева (Смирнова), Д.В. Белых // Тез. докл. II всероссийской молодежной научной конференции (с элементами научной школы) «Молодежь и наука на севере». -Сыктывкар. - 2013. - Т.2. - С. 61.

5. Старцева (Смирнова) О.М. Димерные производные хлорофилла а с олигоэтиленгликольными мостаками между макроциклами / О.М. Старцева (Смирнова), Д.В. Белых, В.М. Шегера, Л.А. Тулаева II Тез. докл. VIII всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ». - Калининград. - 2013. - С. 204.

6. Старцева О.М. Амфифильные хлорины на основе хлорофилла а и олигоэтиленгликолей / О.М. Старцева, Д.В. Белых // Тез. докл. российского семинара по химии порфири-нов и их аналогов. XXXI научная сессия. - Иваново. - 2014. - С. 34.

7. Старцева О.М. Оценка цитотоксичности производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей на периферии макроцикла / Я.И. Пылина, Д.М. Шадрин, И.О. Велег-жанинов, О.М. Старцева, Д.В. Белых // Тез. докл. российского семинара по химии порфи-ринов и их аналогов. XXXI научная сессия. - Иваново. - 2014. - С. 82.

8. Старцева О.М. Дикатионные производные хлорина е6 / О.М. Старцева, И.С. Тарабу-кина, С.А. Патов, Д.В. Белых // Тез. докл. IV всероссийской молодежной научной конференции «Химия и технология растительных веществ и материалов». - Сыктывкар. - 2014. -С.133.

9. Старцева О.М. Синтез производных хлорофилла а с фрагментами олигоэтиленгликолей и оценка их цитотоксичности / О.М. Старцева, Я.И. Пылина, Д.М. Шадрин, И.О. Ве-легжанинов, Д.В. Белых // Тез. докл. IV всероссийской молодежной научной конференции «Химия и фармакология растительных веществ». - Сыктывкар. - 2014. - С. 183.

10. Старцева О.М. Ассоциация амфифильных хлоринов на основе хлорофилла а и олигоэтиленгликолей в системе вода - этиловый спирт / О.В. Шухто, О.М. Старцева, Д.В. Белых // Тез. докл. IV всероссийской молодежной научной конференции «Химия и фармакология растительных веществ». - Сыктывкар. - 2014. - С. 217.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.х.н., доц. Белых Д.В. за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы; ведущему инженеру Заинулиной Е.Н. (Лаборатория физико-химических методов исследования, Институт химии Коми НЦ УрО РАН) за оперативную и качественную съемку спектров ЯМР синтезированных соединении, н.с. Ипатовой Е.У. и м.н.с. Кривошапкиной Е.Ф.(Лаборатория физико-химических методов исследования. Институт химии Коми НЦ УрО РАН) за качественную съемку ИК и УФ спектров, коллективам Лаборатории органического синтеза и химии природных соединений (Институт химии КомиНЦ УрО РАН) и Кафедры органической химии (химико-биологический факультет СыктГУ) за полезное обсуждение полученных результатов.

Подписано в печать 19 февраля 2015 года. Тираж 100 экз. Заказ № 5. Редахционно-издательский отдел Коми научного Центра УрО РАН 167982, ГСП, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 48.