Новый метод построения 2-замещенных (2Z,4E)-5-арилпента-2,4-диенов и использование его в синтезе антибиотиков группы стробилуринов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наук

На правах рукописи

[ЖчгиЛсииЛ

Поповский Виктор Александрович

Новый метод построения 2-замещенных (2Z,4¿í)-5-арилпента-2,4-диенов и использование его в синтезе антибиотиков группы стробилуринов

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

005058658

1 6 МАЙ ¿013

Москва, 2013

005058658

Работа выполнена в Лаборатории полинепредельных соединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук

Научный руководитель: доктор химических наук ФГБУН ИОХ им.

Н.Д. Зелинского РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории полинепредельных соединений № 7

Григорьева Наталья Яковлевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

Химический факультет МГУ им. М.В Ломоносова

Ненайденко Валентин Георгиевич

доктор химических наук, профессор ФГБУН ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории тонкого органического синтеза № 11 Смит Вильям Артурович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт

элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук

Защита состоится 21 мая 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 002.222.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН) по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 47 (secretarv@ioc.ac.ru").

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН.

Автореферат разослан 16 апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.222.01

д.х.н. Родиновская Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Стробилурины (стробилуриновые антибиотики) — группа природных биологически активных соединений, открытая в 1977 г. и насчитывающая к настоящему времени 15 представителей. По своему химическому строению стробилурины являются производными (32,5£)-6-арил-3-метил-2-(метоксиметилен)гекса-3,5-диеновой кислоты общей формулы 1, различающимися заместителями в ароматическом кольце. Некоторые представители стробилуринов, являющиеся целью настоящей работы, представлены ниже:

Интерес к этим соединениям вызван их способностью разобщать дыхательную цепь в живой клетке и благодаря этому подавлять рост и развитие различных паразитических грибов и некоторых бактерий. Исследование процесса клеточного дыхания с помощью стробилуринов привело к открытию ряда важных его особенностей. Высокая биологическая активность и непременное наличие (£,7,£)-арилтриенового фрагмента в их молекуле делают стробилурины интересными объектами не только для биологических, но и для химических исследований. Поскольку к началу данной работы эффективных и стереоселективных методов построения стробилуринов, вообще, и сборки сопряжённого (/:,2Г)-мстнлдиенового фрагмента, входящего в их структуру, в частности, известно не было, разработка методов синтеза стробилуринов является актуальной научной задачей.

Цель работы. В соответствии с вышеизложенным основной целью настоящей работы является разработка метода построения 2-замещённых (2Z,4E)-5-wpиn-2,4-пентадиенов и выполнение синтеза стробилуринов А, В и X на его основе. Научная новизна и практическая значимость работы. На примере коричного альдегида и его 4-метокси- и З-метокси-4-хлорпроизводных впервые

А: Я1 = Я2 = Н В: Я1 = ОМе; Я2 = С1 X: Я1 = Н; Я2 = ОМе

1 О

систематически изучена конденсация а, /^-непредельных альдегидов с алифатическими альдиминами, что позволило получить с хорошими выходами и стереоселективностью >98% О-защищённые (2£',4£)-5-арил-2-(2-гидроксиэтил)пента-2,4-диенали, содержащие арилдиеновый каркас стробилуринов А, В и X. Найдены условия шестистадийной трансформации полученных диеналей в соответствущие им метил-(32,5£)-6-арил-3-метилгекса-3,5-диеноаты с минимальным (менее 5%) нарушением стереохимии диеновой системы на каждой стадии, что позволило осуществить формальный синтез стробилуринов А и X, а также полный синтез стробилурина В. Обнаружены особенности химического поведения функционализированных арилпентадиенов в зависимости от замещения в ароматическом ядре, с одной стороны, и от природы О-защитных групп — с другой. Разработанный в диссертации подход к стереоселективному построению фунционализированных сопряжённых ^,,Е)-арилпентадиенов, как и найденные способы изменения функциональных групп в таких соединениях с минимальным (< 5%) изменением их конфигурации, расширяют методологию химии диенов, в целом, и могут быть применены для синтеза других соединений, содержащих 2,5-дизамещённый (22,4£)-пентадиеновый фрагмент.

Публикации и апробация работы. По результатам работы опубликовано 5 научных статей. Результаты работы были представлены также на XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии и на IV Молодёжной конференции ИОХ РАН.

Структура и объём диссертации. Материал диссертации изложен на 96 страницах и включает 22 схемы, 4 таблицы и 1 рисунок. Работа состоит из введения, обзора литературы по доказательству строения, некоторым аспектам биологической активности и синтезу стробилуринов, обсуждения собственных экспериментальных результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 89 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обоснование выбора метода синтеза стробилуринов

Ранее в лаборатории полинепредельных соединений ИОХ РАН был разработан оригинальный подход к построению интернальной (2)-тризамещенной С=С-связи, который был успешно применён в синтезе ряда природных соединений (2)-изопреноидной структуры (долихолы, полипренолы, феромоны некоторых насекомых).

Этот подход базируется на термодинамической предпочтительности 2,3-дизамещенных (£)-еналей 1а (схема 1) в сравнении с их (^-изомерами 1Ь, что обеспечивает более чем 95%-ное содержание ¿'-изомера в равновесной смеси.

Схема 1

1. ЫЗА 1.1ЛЭА

Оптимальным способом получения еналей 1а является направленная перекрёстная конденсация депротонированных с помощью ЬОА альдимииов 2 с соответствующими алифатическими альдегидами 3. После кислотной обработки реакционной смеси целевые (£Г)-енали 1а получаются со стереохимической чистотой свыше 95%. Восстановительная трансформация 1а через стадии аллильных спиртов 4 и соответствующих им сульфоэфиров по методу Кори даёт (2Г)-метилолефины 5.

«.^-Непредельные альдегиды в рассмотренной последовательности превращений ранее не изучались, хотя их вовлечение в приведённые реакции представляет интерес, как возможный метод построения 2,5-дизамещенных (22,4£)-пентадиенов 6, структурного фрагмента, встречающегося в ряде природных соединений, в том числе и в стробилуринах (7).

В свете такого подхода нами был проведён ретросинтетический анализ молекулы стробилуринов (7) (схема 2). Как видно из схемы, целевые вещества могут быть получены через стадию соответствующих арилдиеновых метилкарбоксилатов 8, которые, в свою очередь, мы рассчитывали получить через стадию диенолов 9, образующихся при депротекции их эфиров 10.

Схема 2

7Ь: Я = ОМе; Я = С1 7с: Я1 ^ Н; Я2 = ОМе

я-

:хггс-

ЫВи"

ОН

Необходимую (37,5£)-конфигурацию арилдиеновой системы связей С=С эфиров 10, как следует из сказанного выше, мы рассчитывали обеспечить на стадии диеналей 11 и сохранить её в последующих трансформациях.

Поскольку превращение метилкарбоксилатов 8 в стробилурины 7 было описано в литературе на примере 7а (К1=112=Н) и 7Ь (Я1=ОМе, Я2=С1), мы сосредоточили внимание на разработке путей стереоселективного синтеза именно эфиров 8.

Необходимые для этого диенали 11 могут быть получены перекрестной конденсацией альдегидов 12 с трети.-бутилимином О-защищённого 4-гидроксибутаналя-1 (13).

Получение исходных соединений

В качестве объектов синтеза для проверки реализуемости предлагаемой схемы построения молекулы стробилуринов были выбраны стробилурин А (7а), не имеющий заместителей в ароматическом ядре, и стробилурины В (7Ь) и X (7с), содержащие заместители, противоположные по своему электронному влиянию на арилдиеновую систему связей С=С. Необходимые для синтеза стробилуринов А и X альдегиды 12а,с коммерчески доступны, тогда как необходимый для синтеза стробилурина В З-метокси-4-хлоркоричный альдегид (12Ь) не был описан в литературе.

Его синтез мы осуществили, исходя из доступного З-гидрокси-4-хлортолуола (14), как показано на схемах 3 и 4.

Метилирование толуола 14 диметилсульфатом и окисление полученного метокси-производного 15 с помощью КМПО4 в водно-пиридиновом растворе по модифицированной нами литературной методике позволили получить с высоким выходом З-метокси-4-хлорбензойную кислоту (16).

Реагенты и условия: ¡: (Ме0)2502/ацетон, К2С03, 86 %; и: КМп04/Н20 - Ру, 50 °С, 8 ч, 87 %; ш: УЛИЦ/ТИР, 25 °С, 3 ч, 93 %; ¡V: РСС/СН2С12, 93 %.

5

Схема 3

Трансформация карбоксильной группы кислоты 16 в формильную последовательным восстановлением кислоты 16 алюмогидридом лития до спирта 17 и окислением последнего с помощью РСС привела к альдегиду 18 с выходом 64 % на 4 стадии.

Для превращения альдегида 18 в целевой альдегид 12Ь мы использовали метод Назарова-Макина, заключающийся в конденсации диэтилацетапей альдегидов с винилэтиловым эфиром с последующим гидролитическим расщеплением полученных этоксиацеталей до а,/^-ненасыщенных альдегидов. Для реализации такого подхода альдегид 18 был переведён в диэтилацеталь 19 в абсолютном этаноле действием этилортоформиата в присутствии каталитических количеств НСЮ4, что позволило получить ацеталь 19 с выходом 85 %, содержащий (по данным ЯМР 'Н) не более 4% исходного альдегида.

Схема 4

и 12Ь

Реагенты и условия: к СИ(ОЕ0з/ЕЮН, НС104, 20 °С, 5.5 ч; и: СН2=СН0С2Н5/Е120, ВРзЕЪО; ш №0Ас-ЗН20/Ас0Н, 90 °С, 4 ч.

Взаимодействие ацеталя 19 с винилэтиловым эфиром в присутствии

каталитических количеств безводного ЪпОХ-^ (в виде его раствора в этилацетате)

приводит к трудноразделимой смеси этоксиацеталя 20 с исходным ацеталем 19

и продуктом последовательного присоединения к нему двух молекул

винилэтилового эфира — ацеталем 21 в соотношении (6:1.5:1) (данные

хроматомасс-спектрометрии). Заменой 2пС12 на ВР3-Е120 удалось повысить

6

выход этоксиацеталя 20 до 80-84%, снизив при этом содержание продукта 21 в смеси до 5%. Полученная смесь без дополнительной очистки использовалась на следующей стадии.

Гидролитическое расщепление этоксиацеталя 20 действием эквимолярного количества CH3C00Na-3H20 в ледяной уксусной кислоте приводит к целевому еналю 12Ь, выделенному в кристаллическом состоянии, с общим выходом 57%, в пересчёте на альдегид 18.

Второй необходимый компонент для получения диеналей 11 — О-защищённые имины 13 (схема 5). Существенное значение при выборе защитной группы в иминах имеют её устойчивость в условиях как конденсации, так и последующих реакций, с одной стороны, и лёгкость снятия без нарушения стереохимии диеновой системы, с другой. Учитывая эти обстоятельства, для изучения принципиальной возможности предлагаемого нами пути синтеза эфиров 8 на первом этапе работы была изучена конденсация еналя 12а с /ире/я.-бутилимипом 4-бензилоксибутаналя-1 (13а), поскольку бензильная защитная группа представлялась наиболее устойчивой в условиях реакции.

Однако, из-за ожидаемых трудностей с хемоселективным снятием бензильной защиты была изучена также конденсация 12а с отрете.-бутилимином 13Ь, несущим легко удаляемую TBS-защитную группу. Дополнительно, в поисках компромиссного варианта, была изучена также конденсация 12а с имином 13с, содержащим 4-метоксибензильную (РМВ) защитную группу.

Исходным веществом для получения иминов 13а-с стал доступный бутандиол-1,4 (22) (схема 5). Обработка его Na-алкоголята 0.3 эквивалента (считая на бутандиол) TBSC1 позволила получить моноэфир 23Ь с выходом 100% (на TBSC1) и избежать образования бисэфира 26Ь. Аналогично, с использованием 4-метоксибензилбромида, был получен моноэфир 23с с выходом 68 %. В литературе описан аналогичный способ и для получения моноэфира 23а, однако избежать образования соответствующего бисэфира 26а в этом случае не удаётся.

Схема 5

26а-с

Реагенты и условия: i (для 23b): NaH, THF, TBSC1 (0.3 экв.), 20 °C, 30 мин; ii (для 23c): NaH, THF, 4-МеОС6Н4СН2Вг (0.3 экв.), 20 °С, 30 мин; iii: PhCHO, бензол, кат. TsOH, кипячение 8.5 ч; iv: А1С13 - UAIH4 (3:1), Et20, 0 "С, 30 мин, затем 20 °С, 3 ч; v: РСС, AcONa, СН2С12, 3 ч; vi: Bu'NH2, Et20, мол. сита 4Â, 20 °С, 8 ч.

Поэтому эфир 23а был получен восстановительным расщеплением известного ацеталя 24 действием [AIH3] in situ (выход на бутандиол 70%). Окисление моноэфиров 23а-с с помощью РСС в дихлорметане (в случае 23Ь — в присутствии ацетата натрия) с хорошими выходами даёт ранее описанные альдегиды 25а-с, количественно превращенные действием трет,-бутиламина в присутствии молекулярных сит 4 Â в целевые имины 13а-с.

Построение сопряжённой арилдиеновой системы связей С=С стробилуринов: синтез 2,5-дизамещённых (22?,4Е)-пента-2,4-

диеналей (lla-g)

Конденсация депротонированных с помощью LDA иминов 13а,с с альдегидами 12а,с после обработки реакционной смеси 3%-ным водным раствором HCl приводит к неожиданно устойчивым альдиминам 27a,b,e,f (схема 6), наличие которых в реакционных смесях следует из данных спектров

ЯМР Н (¿си N 7.85 м.д.). Полученные имины без выделения были превращены в целевые диенали 11 а,Ь,е,Г кипячением в 20%-ном водном ацетоне в присутствии каталитических количеств Н2804 в течение 5 часов (схема 6, таб. 1).

Конденсация депротонированного имина 13Ь с альдегидами 12а,с в аналогичных условиях приводит к менее устойчивым альдиминам 27с,(1, которые превращаются в целевые диенали 11с,с1 уже при обработке реакционной смеси водным раствором щавелевой кислоты (рН 4) при 20 °С в течение 2.5 часов.

Схема 6

13а-с

27 Ч/1

5 9.5 м.д.

N11'

оя3

5-10.0 м.д„к 011

н ^о

11,27,28 а ь с (1 е

Я1 Н МеО Н МеО Н МеО

Н Н н Н н н

Вп Вп ТВ 8 ТВ 8 РМВ РМВ

12 а с

Я1 Н МеО

к2 Н Н

13 а Ь с

Вп твэ РМВ

я4 Ви' Ви* Ви'

Реагенты и условия: ¡: 1ЛЭА/ТНР - СбНи, 0 °С, 30 мин, затем 12а,с, -80 "С, 1 ч, -80 °С-»0 °С, 4 ч; и: НэО+.

Конфигурационная чистота выделенных с выходом 70-90 % диеналей 11а-Г следует из данных их спектров ЯМР 'Н. В них соотношение интегральных интенсивностей пиков СНО-групп возможных изомеров (8 9.50 м.д. (2£'-изомер) и б 10.01 (27-изомср)) составляет (98.5 : 1.5). Подробно доказательство структуры (2£,4£)-диеналей 11 и их (22,4£)-изомеров приведено далее на примере диеналей 11§ и 28g (см. стр. 12-13).

Как видно из таблицы 1, выходы диеналей 11с,d (с TBS-защитной группой) оказываются в целом на 15-20% ниже по сравнению с диеналями 11а,Ь, содержащими Bn-защитную группу. В то же время сами диенали 11с,d оказались менее удобными в работе в виду их меньшей стабильности при хроматографии и просто при хранении. В случае диеналей с 4-метоксибензильной защитной группой выход в реакции конденсации сильно различается для диеналей Не и 11 f. И если в первом случае он не уступает выходу диеналя 11а с бензильной защитной группой, то во втором оказывается вдвое ниже по сравнению с соответствующим диеналем lib.

Таблица 1

Выход диеналей 11 в зависимости от компонентов конденсации, (пояснения см. в тексте)

Альдегиды Имины Выход диеналей 11 (%)

12а 13а 80 (11а)

13Ь 65 (11с)

13с 78 (lie)

12Ь 13а 40 (llg)

30 60 (llg)

13Ь -

13с -

12с 13а 90 (lib)

13Ь 67 (lid)

13с 50 (llf)

Базируясь на полученных результатах, синтез диеналя llg с З-метокси-4-хлор-замещением в ароматическом ядре был изучен только на примере конденсации альдегида 12Ь с имином 13а. Их конденсация в условиях, идентичных использованным для получения диеналей lla-f, приводит, после кислотного гидролиза промежуточного альдимина 27g, к целевому диеналю llg с выходом 40% (табл. 1) и содержанием (2Z,4E)-H30Mcpa 28g, как и в случае диеналей lla-f, менее 2% (данные ЯМР 'Н) (схема 7).

Отметим, что среди побочных продуктов реакции в этом случае методом ЯМР'l l был идентифицирован З-метокси-4-хлоркоричный спирт (29) (схема 7), количество которого было оценено методом ЯМР 'Н примерно в 15%, тогда как в случае диеналей lla-f соответствующие спирты обнаруживаются лишь в следовых количествах. Это позволило предположить, что альдегид 12Ь участвует не только в конденсации с депротонированным имином 13а, но и в параллельно протекающей реакции Канниццаро.

Схема 7

Реагенты и условия: і: ЬОА/ТШ - С6Ни, О °С, 30 мин, затем 12Ь, -80 °С, 1 ч, -80 °С->0 °С, 4 ч; іі: Н30+; пі (для 13а): 1Л)А/ТНР - С6Нм, -20 °С, затем ЕізвіСІ, -80 °С, 30 мин., -80 °С -> 0 °С, 4 ч; іу: СНС13, 100 °С (запаянная ампула), 1 ч.

Спирт 29 ранее описан не был. Его строение однозначно доказано встречным синтезом — получением 29 с выходом 98% при восстановлении альдегида 12Ь №ВН4 в водном этаноле.

Эффективность получения диеналя не удалось повысить ни заменой имина 13а на его ]Ч-циклогексильный аналог 13с1, ни проведением реакции в присутствии ГМФА. Более того, в присутствии ГМФА выход целевого диеналя

llg снизился до 27%, тогда как выход спирта 29 составил 30% от исходного 12Ь.

Ещё один способ повысить реакционную способность иминов в реакциях конденсации — введение в а-положение имина триалкилсилильной группы, что повышает нуклеофильность получающегося при металлировании имина аниона с центром на а-атоме углерода.

Необходимое для реализации такого подхода триэтилсилильное

производное имина 13а (имин 30, схема 7) было получено с выходом более 90%

депротонированием 13а с помощью LDA и последующей обработкой

полученного Li-производного триэтилхлорсиланом. Введение

депротонированного имина 30 в реакцию с альдегидом 12Ь в условиях, близких

к использованным в конденсации с участием имина 13а, привело с выходом

-70 % к смеси диеналя llg с его (2Z,4£)-

изомером 28g в соотношении 7:3, тогда как

количество спирта 29 в смеси не

превышало 2% (данные ЯМР 'Н). Оба

изомера, llg и 28g, были выделены

хроматографически. Их строение

однозначно доказано с использованием

масс-спектрометрии высокого разрешения

(HRMS) и спектроскопии ЯМР 'Н, в

частности, с применением метода NOE.

Так, для диеналя llg методами С-Н-

корреляции и COSY были найдены

параметры 8 и J для атомов Н диеновой

системы (8 6.95 м.д., дублет, J = 16.2 Гц; 8 7.09 м.д., дублет, J= 11.0 Гц; 8 7.31

м.д., дублет дублетов, Jj = 16.2 Гц, J2 = 11.0). При этом протон с дублетным

сигналом с 5 7.09 м.д. обнаруживает NOE (33.9%) с протоном формильной

группы, тогда как протон с дублет дублетным сигналом дает NOE (5%) с

протонами аллильной СН2-группы. Эти данные позволяют, во-первых, отнести

12

МеО.

МеО

Рис. 1. Экспериментальный NOE в диеналях на примере llg и 28g

дублет с 8 7.09 м.д. к НС(3), а, во-вторых, сделать заключение о (Е)-конфигурации связи С =С . Второй дублетный сигнал в спектре ЯМР 'н диеналя llg (5 6.95 м.д.) был отнесен, соответственно, к НС(5). Величина его КССВ с НС(4) (16.2 Гц) свидетельствует о (¿^-конфигурации связи С4=С5 (рис. 1). Аналогично было доказано строение (22Г)-изомера диеналя llg — диеналя 28g. Наличие NOE (14%) в спектре ЯМР 'Н диеналя 28g между протоном с дублет дублетным сигналом с 8 7.70 м.д. и протоном формильной группы говорит о Z-конфигурации С2=С3-связи, что также подтверждается наличием NOE (7.5%) между протоном с дублетным сигналом, 8 7.12, и протонами аллильной СН2-группы.

Анализ спектров ЯМР 'Н с использованием методов С-Н-корреляции, COSY и NOE, как это показано на примере диеналя llg, позволил надёжно доказать и (2£',4£)-конфигурацию диеналей lla-f.

Учитывая термодинамическую предпочтительность (£',£)-диеналей lla-f, мы изучили возможность изомеризации диеналя 28g в целевой llg и показали, что нагревание раствора 28g в хлороформе в запаянной ампуле (100 °С, 1 час) практически количественно даёт целевой диеналь llg.

Таким образом, нам удалось с хорошими выходами и стереоселективностью более 98% построить арилдиеновый скелет стробилуринов, который предстояло превратить в целевые соединения путём трансформаций функциональных групп (СНО и CH2OR), имеющихся в диеналях 11 в метальную и метилкарбоксилатную группы эфиров 8, сохранив при этом конфигурацию арилдиеновой системы связей С=С.

Разработка методов стереоспецифической восстановительной трансформации формильной группы диеналей lla-g в метальную

Трансформация формильной группы диеналей lla-g в метальную начинается с её восстановления с помощью NaBH4 в водном этаноле, что

практически количественно даёт диенолы 31a-g с полным сохранением конфигурации С=С-связей диеновой системы (схема 8). Строение диенолов 31a-g подтверждено элементным анализом и совокупностью физико-химических методов исследования, в том числе масс-спектрометрией высокого разрешения и ЯМР 'Н с использованием метода NOE, как это описано выше на примере диеналей lla-g (см. стр 12).

Ожидаемо более сложной задачей оказалось сохранение конфигурации диеновой системы связей С=С при трансформации гидроксиметильной группы полученных диенолов до метальной. В этом направлении прежде всего было изучено превращение диенолов 31a-g с помощью комплекса PySCb в сульфоэфиры и восстановление последних (без выделения) с помощью LiAlH4. Этот способ хорошо себя зарекомендовал при восстановительном дегидроксилировании аллильных спиртов.

В рассматриваемом случае метод даёт в качестве главных продуктов реакции с выходами 55 — 60 % необходимые диеновые эфиры Юа-f, строение которых подтверждено данными спектроскопии ЯМР с привлечением методик С-Н-корреляции, COSY и NOE, как это описано выше для диеналя llg. В случае диенола 31g реакция дала только смесь неидентифицируемых продуктов.

Однако, диеновые эфиры Юа-f не являются единственными продуктами реакции (схема 8). В спектрах ЯМР 'Н, помимо их сигналов, обнаруживались также слабые, но чётко выраженные сигналы двух примесных веществ, общее количество которых в случае диенолов 31а,е не превышало 6%, а в случае диенолов 31b,d,f становится весьма заметным (табл. 2). Поскольку в масс-спектрах высокого разрешения смесей продуктов восстановления фиксируются единственные ионы М+, (M+Na)+ и (М+К)+, мы предположили, что примесные вещества являются изомерами эфиров Юа-f по положению связей С=С. Данные спектроскопии ЯМР 'Н позволили установить строение этих изомеров и приписать эфирам с большим содержанием в смесях структуры 32a-f, а эфирам

с меньшим содержанием в смесях — структуры 33a-f.

14

Схема 8

ii

a b с d e f g

R1 H MeO H MeO H MeO Cl

H H H H H H MeO

RJ Bn Bn ТВ s TBS PMB PMB Bn

Реагенты и условия: i: NaBH4/ EtOH, 20 °С, 3 ч; ¡¡: Py-S03/ THF, 0 °С, 2.5 ч, затем LiAlH4, 20 °С, 24 ч; ¡¡і: BuLi/ Et20-HMPA, затем TsCl/HMPA, 0 °С, 2 ч, затем LiAlbL,, ТГФ, 20 °С, 20 ч.

Таблица 2

Восстановительное дегидроксилирование диенолов Зіа-g через стадию их

сульфоэфиров

31a-g L^/OR3 Юа-f

Диенолы 31 Соотношение изомеров 10 : 32 : 33 в продуктах реакции

R1 R2 R

a H H Bn 94 : 4 : 2

b MeO H Bn 72 :21 :7

с H H TBS 89 : 8 : 3

d MeO H TBS 66 : 27 : 7

e H H PMB 97 : 2 : 1

f MeO H PMB 63 : 31 : 6

g Cl MeO Bn —

Суммарное содержание эфиров 32 и 33 относительно целевых диеновых эфиров 10 оказалось строго индивидуальным и меняется от 3% (в случае восстановления диенола 31е) до 37% (в случае диенола 311) (табл. 2). При этом во всех случаях, как видно из таблицы, содержание изомера 32 выше, чем 33.

Варьирование условий получения сульфоэфиров диенолов 31 и их восстановления (температура, время реакции) не привело к существенному увеличению селективности реакции в случае диенолов 31Ь,с1,Г.

В поисках альтернативного способа получения диеновых эфиров 10 из диенолов 31 было изучено восстановление с помощью 1ЛА1Н4 тозилатов последних, полученных (без выделения) обработкой соответствующих 1л-алкоголятов диенолов 31 тозилхлоридом при О °С. При этом целевые диеновые эфиры 10а-Г были получены с препаративным выходом без примесей региоизомерных диенов 32 и 33. Однако в качестве побочного продукта в выделенных веществах с помощью спектроскопии ЯМР были обнаружены стереоизомерные эфирам 10 (¡^З^-эфиры 34 (схема 8, табл. 3).

Таблица 3

Восстановительное дегидроксилирование тозилатов диенолов 31

31а-В ^ОЯ3 Юа-Г * 34а-й 1 ОК3

Диенолы 31 Соотношение изомеров 10:34 в продуктах реакции

И К1

а н н Вп 80:20

Ь МеО н Вп 95 : 5

с Н н ТВБ 75 :25

СІ МеО н ТВБ 95 : 5

е н н РМВ 10 : (32+33) = 98 : 2

£ МеО н РМВ 92 : 8

8 С1 МеО Вп 67 : 33 (96 : 4)"

Результат, представленный в скобках, получен при проведении реакции при низких температурах (см. пояснения в тексте).

Содержание эфиров 34 в смесях с эфирами 10а,с,й в одинаковых условиях тозилирования (О °С, 2.5 ч) составило 20, 25 и 33%, соответственно, тогда как в остальных случаях оно не превышало 5-8% (см. табл.3).

Эфир 10е не содержал примеси (ЩЗ^-изомера, однако методом ЯМР'Н в нём было обнаружено около 2% смеси региоизомеров 32с и 33с.

Сравнение результатов двух путей восстановительного дегидроксилирования показывает, что для диенолов 31Ь,(1,Г (Я1 = ОМе, Я2 = Н), независимо от природы О-защитной группы, более предпочтительным оказывается выполнение этой трансформации через стадию тозилатов, обеспечивающее 92-95%-ное сохранение конфигурации арилдиеновой системы связей С=С, тогда как для диенолов 31а,с, не имеющих заместителей в ароматическом ядре, предпочтительным является восстановление соответствующих сульфоэфиров. При этом в случае диенола 31с с 0-ТВ8-защитной группой ни один из путей не позволяет получить диеновый эфир 10с высокой стереохимической чистоты, тогда как для диенола 31е оба варианта дают эфир 10е со стереохимической чистотой выше 97%.

В случае диенола 31§ потребовалась оптимизация условий образования

соответствующего тозилата, т.к. в условиях, использованных для получения

тозилатов диенолов З1а-Г (0 °С, 2.5 ч), содержание (¿^-изомера диенового

эфира 34g в смеси продуктов реакции после гидридного восстановления

составило 33% (табл. 3). Использование для тозилирования диенола 3^ Тз20

вместо ТбО не привело к желаемому результату: в реакционной смеси после

восстановления тозилата диенола 3^, кроме целевого диена 10g были

обнаружены значительные количества региоизомеров 32g и 33g (10:32:33 =

83:15:2, данные ЯМР !Н). Более эффективным оказалось снижение

температуры тозилирования. Так, при тозилировании диенола 3^ с помощью

ТзС1 при -10 °С содержание изомера 34g в смеси продуктов реакции после

гидридного восстановления тозилатов снижается до 20% при отсутствии

изомеров 32g и 33g, а при снижении температуры прибавления ТбС1 до -80 °С и

последующим медленным нагревом реакционной смеси до -20 °С удаётся

17

получить после восстановления тозилата алюмогидридом лития с выходом 60% диеновый эфир 10§, содержащий 4% (¿'^-изомера 34g и не содержащий региоизомеров 32g и 33g (данные ЯМР 'Н).

Таким образом, были найдены условия восстановительного дегидроксилирования диенолов 31 а^ до диеновых эфиров 10а-§ с ~95%-ным сохранением конфигурации арилдиеновой системы связей С=С (исключение составляет диенол 31с, табл. 2, 3). Выходы диеновых эфиров 10Ь,(1,^, содержащих заместители в ароматическом ядре, составляют 43-45% на 2 стадии, тогда как выходы диеновых эфиров 10а,е, не содержащих заместителей, в целом оказываются несколько выше и составляют 50-55%. Строение всех полученных диеновых эфиров 10 было доказано с помощью совокупности физико-химических методов, как это описано выше для диеналей 11 (см. стр. 12).

Депротекция арилдиеновых эфиров 10 а^ с сохранением конфигурации системы связей С=С

Следующим этапом синтеза явилась депротекция гидрокси-группы арилдиеновых эфиров 10 (схема 9). Эта задача легко решалась в случае диеновых эфиров 10с,ё с ТВЯ-защитпой группой, которая удалялась действием раствора Ви4ОТ в ТГФ, содержащим 5% воды. За 0.5 часа были получены диенолы 9а,Ь с выходами -80% и полным сохранением конфигурации С=С-связей арилдиеновой системы (данные спектров ЯМР *Н).

Более сложной задачей, как и ожидалось, стало селективное удаление бензильной и 4-метоксибензильной защитных групп. Мы не нашли в литературе примеров расщепления бензиловых эфиров, содержащих сопряженную арилдиеновую систему связей С=С. Однако, описаны примеры, демонстрирующие подобное превращение в присутствии изолированных С=С-связей.

Схема 9

9,35 а ь с

Я1 Н МеО С1

Н Н МеО

10 а ь с (1 е { 8

я1 Н МеО Н МеО Н МеО С1

IIі н Н Н Н Н Н МеО

Вп Вп ТВ 8 ТВБ РМВ РМВ Вп

Реагенты и условия: ¡: ВщЫГ/ ТНГ, 20 °С, 30 мин.; п: РЬЫМег, затем А1С1з.

Применение некоторых из описанных методов (с использованием ВВгз, ТМБОТГ, ТМ81, АсВг/8пВг2) в нашем случае (на примере эфиров 10а,Ь,е) к желаемому результату не привело. В спектрах ЯМР 'Н реакционных смесей обнаруживались интенсивные сигналы продуктов изомеризации исходных эфиров при отсутствии или очень низкой интенсивности сигналов целевых диенолов 9, или характерные сигналы арилдиеновой системы связей С=С вообще не обнаруживались.

Удовлетворительного результата депротекции в случае диеновых эфиров 10а,Ь,е^ (схема 8) удалось достичь при использовании А1С1з в присутствии РЬЫМе2. При этом в случае эфиров 10а,Ь^ с бензильной защитной группой наблюдалось образование наряду с диенолами 9а-с до 4-5% нежелательных (2£',4£)-диенолов 35а,Ь, строение которых было доказано с помощью спектроскопии ЯМР 'Н. Выход диенолов 9а-с составил 40, 70 и 83 %, соответственно. В случае же эфира 10е выход диенола 9а составил 81 %, а примесь диенола 35а не превышала 1%.

Диенолы 9а-с были выделены и охарактеризованы. Их строение было доказано с применением совокупности физико-химических методов исследования, как это описано выше для диеналей llg и 28g.

Трансформация (3-^Д£)-6-арил-3-метилгекса-3,5-диен-1-олов в отвечающие им метилкарбоксилаты 8.

(Формальный синтез стробилуринов А, В и X)

Разрабатываемый подход к синтезу стробилуринов предполагает далее превращение полученных диенолов 9а-с в соответствующие диеновые кислоты 37а-с (схема 10). Мы рассчитывали осуществить такое превращение напрямую в одну стадию. В литературе описан ряд методов, использованных для подобного превращения в случае несопряжённых гомоаллильных и гомопропаргильных спиртов, в частности, окисление с помощью PDC в ДМФ, NaI04 в присутствии каталитических количеств Na2Cr207 и HNO3, а также иодсукцинимида в метаноле в присутствии К2СОз. Однако, применение этих методов к изучаемым диенолам, на примере диенола 9Ь, привело к полному разрушению диеновой системы связей С=С и образованию смеси неидентифицируемых продуктов. Более удачным оказалось превращение диенолов 9а-с в диеновые кислоты 37а-с через стадию диеналей Зба-с (схема 10). Последние удалось получить с выходом ~ 100 % и практически полным сохранением конфигурации диеновой системы связей С=С (данные ЯМР !Н) при окислении диенолов 9а-с с помощью орто-иодоксибензойной кислоты (IBX, 39) в ДМФА.

Попытка окислить диеналь 36Ь в кислоту 37Ь с помощью Ag20, генерируемого in situ в водном этаноле из AgNOs и КОН, не привела к успеху. Вместо ожидаемых кислоты 37Ь или её эфира из смеси продуктов реакции с выходом 30% была выделена смесь диеналя 38 и его (2Z)-rooMepa в соотношении 7:1 (данные спектров ЯМР 'Н). Строение диеналя 38 установлено

методами ІІЯМ8 и ЯМР !Н с привлечением методик двойного резонанса и ЫОЕ.

Схема 10

38

а ь с

Я1 Н МеО С1

Н Н МеО

Реагенты и условия: і: ІВХ (39), ЭМИ, 20 °С, 2 ч; и (для 36Ь): А&О, ЕЮН; ііі: КаСЮ2, ОМ80-Н20-ТНР, фосфатный буфер с рН 9, 0 °С, 2.5 ч; іу: СН2Ы2, ЕЬО, 0 °С.

Окисление диеналей Зба-с в целевые диеновые кислоты 37а-с удалось выполнить с выходом 40 — 70 %, считая на диенолы 9а-с, и с 98%-ным сохранением конфигурации системы С=С-связей (данные спектроскопи ЯМР 'Н) с помощью №СЮ2 при рН 9 в присутствии значительного избытка ДМСО. Количественное превращение кислот 37а-с действием эфирного раствора диазометана в их метиловые эфиры 8а-с завершает формальный синтез стробилуринов А, В и X. Он выполнен с общими выходами (на 7 стадий) 24%, 9% и 13%, соответственно. Строение кислот 37а-с и эфиров 8а-с доказано физико-химическими методами, как это описано выше на примере диеналей llgи28g.

Завершение полного синтеза стробилурина В

Превращение метилкарбоксилатов 8а-с в отвечающие им стробилурины А, X и В обработкой их метилформиатом с последующим метилированием образующихся енолятов 40 описано в литературе без приведения деталей эксперимента.

Схема 11

Стробилурин В

Реагенты и условия: i: NaH, НС02Ме, 20 °С, 4.5 ч; ii: Me2S04, DMF, 20 °С, 14 ч.

Мы осуществили это превращение (схема 11) на примере метилкарбоксилата 8с без выделения промежуточного енолята 40 и получили после хроматографии реакционной смеси с выходом 61% стробилурин В, физико-химические характеристики которого полностью соответствуют литературным данным. Общий выход стробилурина В составил 5.5% на 9 стадий. Сохранение конфигурации арилдиеновой системы С=С-связей на каждой стадии — не менее 95%.

ВЫВОДЫ

1. По оригинальной схеме выполнен полный синтез стробилурина В (общий выход 5.5 % на 9 стадий) и формальный синтез стробилуринов А и X (общий выход 24 % и 13 %, соответственно, на 7 стадий).

2. На примере коричного альдегида и его 4-метокси- и З-метокси-4-хлорпроизводных впервые систематически изучена конденсация a,ß-непредельных альдегидов с алифатическими альдиминами. Показано, что в случае трет, -бутилиминов 4-гидроксибутаналя, содержащих Bn-, 4-МеОВп- и TBS-защитные группы, конденсация приводит с хорошим

выходом и стереоселективностью > 98% к О-защищённым (2Е,4Е)-5-арил-2-(2-гидроксиэтил)пента-2,4-диеналям (Ar = С6Н5-, 4-МеО-С6Н4- и 3-МеО-4-С1-С6Н3-).

3. Найдены условия трансформации формильной группы указанных диеналей в метальную с 95%-ным сохранением конфигурации арилдиеновой системы связей С=С, что позволило построить арилдиеновый каркас целевых стробилуринов А, В и X.

4. Найдены эффективные методы депротекции Вп- и 4-МеО-Вп-защищённых арилдиеновых спиртов, а также способы последующего окисления указанных спиртов до отвечающих им кислот с более чем 98 %-ным сохранением конфигурации исходных соединений, что позволило завершить синтезы целевых стробилуринов А, В и X.

5. Разработанная методология построения (32,5£)-6-арил-3-метилгекса-3,5-диеновой системы связей С=С и способы трансформации функциональных групп, связанных с этой системой, минимально (< 5 %) затрагивающие ее конфигурацию, могут быть использованы в синтезах родственных соединений.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. N. Ya. Grigorieva, A. G. Smirnov, V.A.Popovsky, А. V. Stepanov. Stereoselective synthesis of key intermediates for the preparation of strobilurins // Mend. Comm., 2008,18, № 1, p. 84-85.

2. H. Я. Григорьева, А. Г. Смирнов, В. А. Поповский, А. В. Степанов. Высокостереоселективный синтез 2,5-дизамещенных (£',£)-пента-2,4-диеналей // Изв. АН. Сер. Хим., 2009, № 2, с. 310-314.

3. Н. Я. Григорьева, В. А. Поповский, А. В. Степанов, Н.Г.Колотыркина, Стереоконтролируемый синтез (2Z,5iij-6-apmi -3-метилгекса -3,5-диен-1-олов — интермедиатов в синтезе антибиотиков ряда стробилуринов // Изв. АН. Сер. Хим., 2010, № 4, с. 830-834.

4. H. Я. Григорьева, В. А. Поповский, А. В. Степанов, Е. Д. Лубуж, Формальный синтез стробилуринов А и X // Изв. АН. Сер. Хим., 2010, № 11, с. 2033-2040.

5. В. А. Поповский, А. В. Степанов, Н. Я. Григорьева, Синтез 2-(2-бензилоксиэтил)-5-(3-метокси-4-хлорфенил)-пента-2£', 4£Чдиеналя -ключевого интермедиата в полном синтезе стробилурина В // Изв. АН. Сер. Хим., 2012, № 9, с. 1599-1603.

6. Н. Я. Григорьева, А. Г. Смирнов, В. А. Поповский, А. В. Степанов, Новый подход к синтезу стробилуриновых антибиотиков // XIV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Москва, 2007. Тезисы докладов, с. 185.

7. В. А. Поповский, А. В. Степанов, Н. Я. Григорьева, Формально полный синтез стробилурина X // IV Молодёжная конференция ИОХ РАН, Москва, 2010. Тезисы докладов, с. 53-54.

Заказ № 25-а/04/2013 Подписано в печать 10.04.2013 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,2

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; e-mail:zak@cfr.ru

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наук

На правах рукописи

04201356077

Поповский Виктор Александрович

Новый метод построения 2-замещенных (2Z,4£)-5-apилпeнтa-2,4-диeнoв и использование его в синтезе антибиотиков группы стробилуринов

02.00.03 - органическая химия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель -вед.н.с., д.х.н. Григорьева Н.Я.

Москва, 2013

Оглавление

Список сокращений................................................................................................3

Введение...................................................................................................................4

Стробилурины: структура, биологическая активность, синтез (Литературный обзор)........................................................................................................................6

Структуры стробилуринов..................................................................................6

Выделение и строение стробилуринов..............................................................8

Механизм действия стробилуринов.................................................................11

Синтетические аналоги стробилуринов..........................................................13

Методы синтеза стробилуринов.......................................................................15

Обсуждение результатов......................................................................................27

Обоснование выбора метода синтеза стробилуринов....................................27

Получение исходных соединений....................................................................29

Построение сопряжённой арилдиеновой системы связей С=С стробилуринов: синтез 2,5-дизамещённых (2£',4£)-пента-2,4-диеналей (11а-8)..........................................................................................................................34

Разработка методов стереоспецифической восстановительной трансформации формильной группы диеналей 1 \si-g в метальную............39

Депротекция арилдиеновых эфиров 10 а^ с сохранением конфигурации системы связей С^С...........................................................................................45

Трансформация (32,5£')-6-арил-3-метилгекса-3,5-диен-1-олов в отвечающие им метилкарбоксилаты 8. (Формальный синтез стробилуринов А, В и X). 47

Завершение полного синтеза стробилурина В................................................49

Экспериментальная часть.....................................................................................51

Выводы...................................................................................................................86

Список литературы...............................................................................................87

Список сокращений

AIBN — азобисизобутиронитрил

DHP — дигидропиран

DMF (ДМФ) — N, N - диметилформамид

DMSO (ДМСО) — диметилсульфоксид

DIBAL-H — диизобутилалюминий гидрид

НМРТ — гексаметилфосфортриамид

НМРА (ГМФА) — гексаметилфосфорамид

LDA — диизопропиламид лития

NBS — N-бромсукцинимид

NMO — N-оксид морфолина

NMP — 1-метил-2-пирролидинон

PC С — хлорхромат пиридиния

PPTS — тозилат пиридиния

Ру — пиридин

TBAF — тетрабутиламмоний фторид

TBS — трет, -бутилдиметилсилил

THF (ТГФ) — тетрагидрофуран

ТНР — тетрагидропиранил

TMS — триметилсилил

TP АР— тетрапропиламмоний перрутинат

Ts — тозил

МТБЭ — метил трет, -бутиловый эфир Оксон (oxone) — 2KHS05'KHS04'K2S04

Введение

Последнее столетие характеризуется высоким интересом к органическим веществам природного происхождения, что обусловлено высокой биологической активностью многих из них и широким спектром её проявления. Природные соединения, выделенные как из растительного, так и из животного материала, находят своё применение и в медицине, и в сельском хозяйстве, и в фундаментальных научных исследованиях. Открытие некоторых из них позволило по-новому взглянуть на взаимоотношения различных видов внутри биоценозов. Исследования различных природных соединений как белковой, так и небелковой природы неоднократно отмечались нобелевскими премиями, что подчёркивает их важность и то место, которые эти соединения занимают в современной науке.

При этом многие природные молекулы, имея сложные или необычные структуры, опережали возможности как физико-химических методов определения их строения, так и органического синтеза, являясь, таким образом, хорошим "раздражителем" для химиков различного профиля и прекрасным объектом для проверки новых синтетических и физико-химических методов.

Одним из примеров таких соединений являются стробилурины. Обнаруженные в середине 70-х годов первые представители этого нового класса природных соединений проявили уникальную биологическую активность, что сразу же сделало их интересными объектами для биологических и химических исследований. Эффективных и стереоселективных методов сборки (Е^-метилдиенового фрагмента, входящего в структуру стробилуринов, к тому времени известно не было.

Примерно в то же время, при выяснении роли полипренолов и долихолов в биосинтезе полисахаридов, возникла проблема стереоселективного создания интернальной 7-тризамещённой связи С=С. Эта

задача была решена несколькими новыми путями. Один из них, основанный на направленной кротоновой конденсации депротонированных иминов с альдегидами, был разработан в лаборатории полинепредельных соединений ИОХ РАН, и успешно применён для синтеза низкомолекулярных биорегуляторов группы полипренолов — долихолов и их модифицированных аналогов. Позже появились сообщения об использовании его в синтезах феромонов некоторых насекомых, содержащих (2)-изопреноидный фрагмент.

Цель данной диссертационной работы заключается в расширении границы применения этого метода и использования его в стереоселективном построении сопряжённой (£,2)-арил диеновой системы связей С=С, характерной, в том числе, и для стробилуринов, а также выполнение синтеза трёх представителей этой группы антибиотиков — стробилуринов А, В и X.

В соответствии с поставленной целью, литературный обзор диссертации посвящён рассмотрению структур, биохимических свойств и известных методов синтеза соединений группы стробилуринов. Обоснование нашего подхода к построению стробилуринов даётся в главе «Обсуждение результатов».

Стробилурины: структура, биологическая активность,

синтез (Литературный обзор)

Структуры стробилуринов

Стробилуриновые антибиотики, или просто стробилурины, — природные биологически активные соединения [1,2], являющиеся по своему химическому строению производными (ЗД5£)-6-арил-3-метилгекса-3,5-диеновой кислоты. К настоящему времени выделено 15 представителей этой группы соединений общей формулы 1, различающихся заместителями в ароматическом ядре.

1 о

\Стробил-хурины Замес^Ч тители А(1а) В(1Ь) С(1с) РКВД Н(1Ь) Х(1х)

X Н ОСНз о. он он ОСНз н

У н С1 н н 1 Л Н ОСНз

Заместители в более сложных стробилуринах:

О (lo)

Р(1р)

Отметим, что стробилурин Ь до настоящего времени не известен, однако в работе [3] описано выделение нового метаболита стробилуриновой серии, который авторы назвали 4-метоксистробилурином Ь и приписали ему структуру 21. Выполненный позднее [4] синтез соединения 21 и изучение его физико-химических характеристик позволили заключить, что описанное в работе [3] вещество не отвечает формуле 21, а является 4-метоксистробилурином К (2к) [5].

Были выделены и другие производные стробилуринов с заместителями в боковой цепи: 4-метоксистробилурины А [5] и Е [3] общей формулы 2 (замещение, как в 1а и 1е, соответственно) и 3-метиленгидроксистробилурины А [6] и в [7] общей формулы 3 (замещение, как в 1а и lg, соответственно).

осн.

о о

2 (замещение как в 1) 3

Интерес к этим соединениям вызван их способностью разобщать дыхательную цепь в живой клетке и благодаря этому подавлять рост и развитие различных паразитических грибов и некоторых бактерий [8, 9]. Исследование процесса клеточного дыхания с помощью стробилуринов привело к открытию ряда важных его особенностей [10].

Выделение и строение стробилуринов

Стробилурины были обнаружены в плодовых телах и культуральных жидкостях базидиомицетов в результате систематического исследования в рамках программы поиска новых антибиотиков, начатой в 1976 г. в ФРГ группой Т. Анке [11]. До сих пор базидиомицеты остаются основными продуцентами стробилуринов, хотя известен единственный представитель класса аскомицетов {Bolinea lútea) также биосинтезирующий стробилурины [12].

Простейшие стробилурины — А (1а) и В (lb) — были обнаружены в 1977 г [1]. Тогда же были определены их физико-химические свойства и фунгицидная активность in vitro против широкого набора различных мицелиальных грибов.

В ранних работах по определению молекулярной структуры стробилуринам А и В ошибочно приписывалась структура с Е— конфигурацией всех С=С-связей боковой цепи [2]. Отчасти это произошло из-за неверной трактовки спектральных данных. Так, наблюдаемый в спектре ЯМР 13С стробилурина А сигнал СН3-группы (8 23.9 м.д.) был

8

интерпретирован, как принадлежащий группе СН3 при (3£)-связи С=С, а необычная величина его химического сдвига объяснялась экранированием со стороны соседней енол-эфирной группы. Однако, годом позже, было показано, что сигнал с 5 23—25 м.д. характерен для СН3-группы 2-олефинов [13].

Только в 1984 г. при более детальном изучении спектральных данных была установлена правильная (ДД .¿^-конфигурационная последовательность кратных связей в молекуле 1а, которая была подтверждена и химическими методами, в том числе встречным синтезом [14]. В той же работе была установлена структурная идентичность углеродного скелета всех известных на тот момент стробилуринов. Позже, в 1990 году, было показано [12], что родоначальником стробилуринов является стробилурин А, который, образуясь, оказывается недостаточно стабильным и претерпевает дальнейшие изменения с образованием более сложных стробилуринов. Это обстоятельство также может служить доказательством структурной идентичности каркаса стробилуринов.

В процессе изучения стробилурина А немецкие исследователи обратили внимание на его большое сходство, как по физико-химическим, так и по биологическим свойствам, с антибиотиком муцидином, выделенным из гриба Оис1етат1е11а тиЫсНа в Чехословакии в 1969 г [15]. Последний, в отличие от стробилурина А, обладал оптической активностью. Позже чехословацкие ученые подтвердили идентичность стробилурина А и муцидина, признав ошибочным утверждение об оптической активности муцидина, которая была связана с наличием примеси в препарате [16]. Окончательная точка в этом вопросе была поставлена в 1986 г., когда идентичность препаратов была установлена их прямым спектроскопическим сравнением [17]. (ДД ^-Конфигурация триеновой системы всех последующих стробилуринов была доказана наличием в их спектрах ЯМР 'Н характерных сигналов протонов этой системы, совпадающих с таковыми в спектрах стробилуринов А и В. Таким образом, определение структур

9

стробилуринов свелось к определению положения и строения заместителей в ароматическом ядре.

Характер замещения ароматического ядра следует из картины расщепления сигналов ароматических протонов в спектрах ЯМР !Н. Строение заместителей было определено с использованием различных физико-химических методов (ИК-, ЯМР-, УФ-спектроскопия, масс-спектрометрия). Установление строения наиболее сложных стробилуринов потребовало использования более сложных методик ЯМР-спектроскопии (Ж)Е, НМВС, НМС>С). С их применением было показано, в частности, что приписанная ранее стробилурину Б структура 4а [18] не отвечает действительности, и правильной является диоксепановая структура Таким образом, оказалось, что стробилурины ОиБ идентичны по своему строению [19]. Аналогично была исправлена на диоксепановую 2к [20] первоначальная структура 4Ь [5] для метоксистробилурина К и установлены конфигурации стереоцентров стробилуринов в, I, и К [19].

о

О. А^о. о

4а

4Ь

Строение многих стробилуринов было подтверждено встречным синтезом (см. далее).

Хронология выделения и основные продуценты стробилуринов указаны в табл. 1.

Таблица 1

Хронология открытия стробилуринов

Стробилурины Год выделения F[po,2jyijeHTí>ia)

аь), в 1977 Strobilurus tenacellus [1]

С 1983 Xerula langipes [21]

dc), f, 1986 Cuphellopsis anómala [ 18]

Е 1988 Crepidotus fulvotomentosus [22]

X 1983 Oudemansiella mucidia [23]

f2, g, н 1990 Bolinea lútea d) [12]

I 1999 Agaricus [19]

К 1999 Mycena tintinnabulum [19]

м 1998 Mycena species 96097 [24]

N 1999 Mycena ero cata [25]

0,р 2000 Mycena galericulata [26]

а) указаны только продуценты, в которых соответствующие стробилурины были обнаружены впервые; Ь) муцидин был обнаружен в 1969 году [15]; с) после пересмотра структуры выяснилось, что стробилурин Э идентичен стробилурину в [19]; единственный представитель аскомицетов, продуцирующий стробилурины.

Механизм действия стробилуринов

Первые опыты по изучению механизма действия стробилуринов показали, что эти соединения являются ингибиторами клеточного дыхания за счёт нарушения электронного транспорта в комплексе цитохромов Ьс/ митохондриальной мембраны [8, 27].

Дальнейшие исследования выявили, что стробилурины обратимо связывают центр окисления убигидрохинона (Qo-центр) в цитохроме b [28]. При этом убигидрохинон не теряет своей способности связываться с Q0-центром, но не может окисляться, что, по-видимому, происходит из-за конформационной перестройки цитохрома Ь. В результате возникает разрыв в передаче электронов по дыхательной цепи от цитохрома b к цитохрому cj, что оказывается фатальным для синтеза АТФ. При отсутствии главного источника энергии, участвующего во всех важных клеточных процессах, наступает гибель клетки.

Было выяснено также, каким образом сами продуценты стробилуринов защищаются от воздействия своих метаболитов. В работе [29] показано, что в месте действия стробилуринов в цитохромах у их продуцентов некоторые малые аминокислоты заменены на более объемные (аланин или треонин на изолейцин, аспарагин на аспарагиновую кислоту и т. п.). Благодаря этому затрудняется подход молекулы стробилурина к Q0-центру цитохрома Ь.

Изучение механизма действия стробилуринов способствовало дальнейшему пониманию структуры и функций соответствующего участка дыхательной цепи [10].

Различные стробилурины приблизительно одинаково высоко активны in vitro против большого набора грибов. Исключение составляют стробилурины Fi (lfi), активность которого существенно снижена [18], и N (In), который является единственным известным неактивным стробилурином [25].

Стробилурины сравнительно малотоксичны для млекопитающих. Так, в тесте с мышами LD5o (перорально) для стробилурина А, по разным источникам, составляет 500—825 мг/кг [22, 30]. При этом у них обнаружена антираковая активность, особенно высокая в случае стробилуринов G и Е [8, 11], а также антивирусная активность [8].

Синтетические аналоги стробилуринов

Стробилурины обладают редкой комбинацией благоприятных молекулярных и биологических свойств. Во-первых, некоторые из них имеют довольно простые (по сравнению с другими природными соединениями) структуры, и, во-вторых, проявляя высокую фунгицидную активность и обладая универсальным механизмом действия, они практически не токсичны для млекопитающих.

С другой стороны, полевые испытания стробилурина А выявили существенные недостатки его применения. Наиболее важные из них — это склонность триеновой системы стробилуринов к фотолитической и/или окислительной деградации [31], а также сложность их получения в промышленных масштабах.

Совокупность этих свойств позволяет рассматривать стробилурины как перспективную матрицу для получения их синтетических аналогов.

На ранних этапах исследований поиском эффективных аналогов стробилуринов занимались две компании (немецкая «BASF» и английская «Zeneca»).

После серии предварительных испытаний было установлено, что необходимым условием их фунгицидной активности является наличие Е-/3-метоксиакрилатного фрагмента. Поэтому первым шагом к стабилизации триеновой системы стало создание серий стильбенов 5 и дигидростильбенов

Представители обеих серий (при Х=Н) проявили активность, сопоставимую с таковой у стробилуринов в лабораторных тестах и

6.

5

6

значительно превышающую ее в полевых условиях [32, 33]. Однако стильбен сам обладает склонностью к фотоизомеризации ОС-связи с последующей внутримолекулярной циклизацией и образованием неактивного производного бифенила [31].

Дальнейшие исследования привели компанию «Zeneca» к созданию запатентованного фунгицида азоксистробина (azoxystrobin) (7) (ICI А 5504), успешно прошедшего все испытания и внедренного в сельское хозяйство [34,35].

о.

Ч/

7 8

Параллельные исследования компании BASF, пошедшие по пути замены метоксиакрилатного фрагмента на метоксииминоацетатный, привели к появлению нового фунгицида, названного крезоксим-метилом {kresoxim-methyl) (8) (BAS 490F), также успешно внедренного в сельское хозяйство [36, 37].

Позже японская фирма «Shionogi» объявила о создании фунгицида метоминостробина (metominostrobin) (9) [38], тогда как швейцарская фирма Novartis предложила трифлоксистробин (trifluoxystrobin) (10) [39].

F,с

9 10

В последние несколько лет были запатентованы и допущены к использованию в сельском хозяйстве ещё некоторые представители синтетических аналогов стробилуринов, содержащие гетероциклические фрагменты, как, например, пикоксистробин (11) и пираклостробин (12) [40]:

Соединения (7—12) существ�