Особенности ацилирования и комплексообразования α- и β-циклодекстринов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

005018359

ЕДУНОВ Андрей Валерьевич

ОСОБЕННОСТИ АЦИЛИРОВАНИЯ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ а- И р-ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 2 ДП?1И2

Москва-2012

005018359

Работа выполнена на кафедре органической химии химического факультета Московского педагогического государственного университета

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор ГРАЧЕВ Михаил Константинович

Официальные оппоненты:

КОЗЛОВ Владимир Андреевич доктор химических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник лаборатории тиофосфорорганических соединений Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН КОВАЛЕВ Владимир Васильевич доктор химических наук, доцент, главный научный сотрудник кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Ведущая организация - Российский химико-технологический

Защита состоится 14 мая 2012 г. в 17 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.154.25 приу^Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119021, Москва, Несвижский пер., 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119991, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1, стр. 1.

1 ^

университет им. Д.И. Менделеева

Автореферат разослан «¿6.» .. .чЛЧХЦ^ТсХ...........2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ПУГАШОВА Нина Михайловна

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность работы. Циклодекстрины представляют собой сложные природные циклические олигосахариды, в которых фрагменты £>-глюкопиранозы соединены а(1-»4) гликозидными связями. Благодаря наличию внутренней хиральной полости, циклодекстрины обладают рядом уникальных свойств, главным из которых является способность к образованию соединений включения типа «гость-хозяин». Эта способность определила возросший интерес к фундаментальным и прикладным исследованиям циклодекстринов, в первую очередь самого доступного из них - Р-циклодекстрина и его производных. Кроме того, к достоинствам циклодекстринов, по сравнению со многими другими полостными системами, относятся нетоксичность, биоразлагаемость и дешевизна, благодаря чему циклодекстрины нашли широкое практическое применение.

Важно, что многие свойства циклодекстринов, например, растворимость в воде и органических растворителях, способность к образованию соединений включения, могут быть направленно изменены путем селективной модификации их молекул. Однако, несмотря на хорошо разработанные методики синтеза применительно к моносахаридам и линейным олигосахаридам, простой перенос этой техники на циклодекстрины оказался невозможен из-за наличия большого количества близких по реакционной способности пространственно сближенных гидроксильных групп, а также из-за наличия внутренней полости, обладающей склонностью к образованию соединений включения с растворителем и реагентами. Поэтому, несмотря на обилие работ по синтезу производных циклодекстринов, общие возможности и закономерности их функционализации исследованы ограниченно даже для относительно простых реакций, например, ацилирования. В малой степени изучено влияние на модификацию циклодекстринов таких важных факторов, как природа растворителя, мольное соотношение реагентов, температура. Цель работы. Исследование синтеза производных а- и Р-циклодекстринов, содержащих заданное количество ацетильных групп в положениях 2, 3 и 6 глкжопиранозных единиц, в том числе и разработка прямых (без применения защитных групп) методов ацетилирования. Синтез новых представителей а-циклодекстрина и его амфифильных производных, содержащих остатки фармакологически важных ароматических карбоновых кислот. Изучение особенностей синтеза и химического поведения некоторых новых силильных производных р-циклодекстрина. Количественная оценка способности водорастворимых ацетильных производных Р-циклодекстрина к образованию комплексов включения типа «гость-хозяин». Фармакологические исследования ряда вновь синтезированных конъюгатов а-циклодекстрина с некоторыми лекарственными соединениями.

Научная новизна. В результате проделанной работы впервые с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе оснований и растворителей получены пер- и новые селективно ацетилированные производные а- и Р-циклодекстринов. Впервые показана возможность селективного ацилирования свободных а- и р-циклодекстринов

хлорангидридами уксусной и некоторых ароматических монокарбоновых кислот. Найдены условия регионаправленного силилирования дифенилметил- и триметилсилилхлоридами первичных гидроксильных групп р-циклодекстрина и показано, что с помощью спектроскопии ЯМР 29Si можно надежно определять положение силильных заместителей на первичных и вторичных гидроксилах. Спектрофотометрически количественно оценена возможность водорастворимых производных p-циклодекстрина образовывать соединения включения. Изучено влияние конъюгатов а-циклодекстрина с остатками 2-(4-изобугалфенил)-пропионовой кислоты (лекарственное средство препарата «Ибупрофен»), ацетилсалициловой кислоты (лекарственное средство препарата «Аспирин») и бензойной кислоты разного строения и состава на противовоспалительную и антиагрегационную активность.

Практическая значимость. На основе выявленных закономерностей регионаправленного ацилирования и силилирования можно получать оригинальные соответствующие производные а- и p-циклодекстринов, в том числе представляющие интерес для фармакологических исследований в разных направлениях. Выполненное исследование фармакологических особенностей конъюгатов а-циклодекстрина с остатками 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой, ацетилсалициловой и бензойной кислот показало позитивное влияние на противовоспалительную, антиагрегационную активность и на реакцию некоторых микроорганизмов in vitro. На основе разработанных методик возможно создание лекарственных препаратов нового поколения, обеспечивающих высокоэффективную и точечную доставку лекарственных средств.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на V Международной конференции по органической химии для молодых учёных (Санкт-Петербург, 2009), Международном симпозиуме «Advanced Science in Organic Chemistry» (Украина, 2010).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 08-03-00374а) и гранта Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ России (НШ- 582.2008.3).

Публикации. По материалам диссертации имеется шесть публикаций, четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК и два тезиса докладов.

Объем и струюура работы. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 8 рисунков и 90 схем. Список цитируемой литературы включает 147 наименований. Работа состоит из Введения, Литературного обзора, Обсуждения результатов. Завершают работу Экспериментальная часть, Выводы, Список использованной литературы и Приложение, где приведены некоторые результаты выполненных в ГОУ ВПО «Амурская государственная медицинская академия» (г. Благовещенск) фармакологических испытаний.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Ацетилированне вторичных гидроксильных групп силильных производных а- и р-циклодекстринов

Изучение начато с ацетилирования силильных производных а- и Р-циклодекстринов 3 и 4 хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии разных по природе аминов (В: триэтиламин, пиридин, И,Ы-диметиланилин). В качестве растворителей использованы бензол, ДМФА и пиридин. Для сопоставления результатов все эксперименты проводились в одинаковых условиях. Хлористый ацетил брался в 15% мольном избытке по отношению к

3 8.7,• 4 в.в-12

8:1"1г б 2«Н 11«,б: 2=6

7«-»:г-9 в 2» 10 12:2«8

М«а 10:2=12

Исходные силильные производные 3 и 4 получены обработкой а-(1) и Р-(2)-циклодекстринов тирет-бутилдиметилсилилхлоридом в пиридине.

Ацетилированне пер-б-СК/нре/и-бутилХдиметилЭсилил-а-циклодекстрина 3 хлорангидридом уксусной кислоты

Растворитель В ъ (средняя степень замещения) Интегральное отношение сигналов в спектрах ЯМР Выход, % № соединения (метод синтеза)

с6нб NEt3 9 1:1 59 7а (а)

с6н6 C5H5N 9 1:2 82 76

СбНб Me2NC6H5 9 1:1 73 7а (б)

ДМФА NEt3 9 1:1 69 7а (в)

ДМФА CjH5N 9 2:1 73 78

ДМФА MezNCfiH, 12 1 уш.с 59 5

C5H5N C5H5N 6 1:1 61 8

Ацетилирование пер-6-0-(/мрет-бутил)(диметил)силил

Р-циклодекстрина 4 хлорангидридом уксусной кислоты

Раство- В г (средняя Интегральное Выход, % №

ритель степень отношение соединения

замещения) сигналов в спектрах ЯМР (метод синтеза)

с6н6 т3 10 1:1 69 9

СбЩ С3Н5Ы 12 1:2 77 10

С6Н6 Ме2НСбН5 6 1:2 85 11а

ДМФА N^3 6 1:1 84 116

ДМФА С5Н5Ы 14 1 уш.с 59 6 («)

ДМФА Ме2МС6Н5 14 1 уш.с 58 6(6)

с3н3ы с5н5н 8 1:1 93 12

Интегральное отношение сигналов метальных протонов ацетильных групп при С к С'

Оказалось, что для (3-циклодекстрина полное замещение проходило в ДМФА в присутствии двух аминов — пиридина и Н,Ы-димегиланилина. Для а-циклодекстрина перацетилирование проходило только в ДМФА в присутствии И^-диметиланилина. Следует отметить, что сигналы ацетильных групп в спектрах ЯМР *Н проявлялись одним уширенным синглетом. В случае ацилирования а- и Р-циклодекстринов в бензоле и пиридине с использованием других аминов степень замещения была ниже, и в спектрах ЯМР Н метальные протоны ацетильных групп проявлялись в виде двух сигналов при 2.06 и 2.16 м.д. с разным интегральным соотношением сигналов. В спектрах ЯМР С этих соединений сигналы ядер карбонильного углерода и углеродов метальной группы проявлялись также двумя сигналами. Отдельным экспериментом мы получили соединение 13, содержащее только три ацетильные группы, в спектре ЯМР 'Н которого протоны ацетильных групп проявлялись лишь одним сигналом при 2.16 м.д., а в спектре ЯМР ,3С наблюдалось также по одному сигналу для карбонильного и метального углеродов.

(|—ОТВРМЗ ) ^ (|—ОТВРМЭ ) ^

/ а \ 5*°С1.5.5РШМег< /, \ ,..„.,1^3«:

/ ^ \ -РйММ^'НС! / 2.3 Н 2\ Ч,8И4

( Ан ¿н)7 (Н. Й,

4 13

Это позволило нам с применением двумерной спектроскопии ЯМР {'Н- С} НЕТСОЯ обнаружить корреляцию сигналов ядер углеродов С2, С3 и С с соответствующими протонами Н2, Н3 и Н5, и сделать точное отнесение принадлежности ацетильных групп к С2 или С3 углеводных фрагментов а- и |3-циклодекстринов.

Спектр ЯМР {'Н-13С} HETCOR (CDC13) соединения 13

С целью получения водорастворимых производных мы провели удаление силильных защит у соединений 8 и 11а с получением соответствующих производных 15, 16, содержащих свободные первичные гидроксильные группы.

(ротищу (г-°н)6

/ ЫН„Р,М80Н.70°С,24ч / ^ \ Т. пл. 161-Ш°С

(чТн. ■ ( )в (46

8 1S

(j-OTBDMs) 7 (|-ОН )

j р ! ^ NH4F. МеОН. 70°С, 24 ч ^ ^ ^ Т. плЛ50-153-С

( Аи)в (¿1)6 (L), (L)6

11a 16

Таким образом, нами предложены пути синтеза а- и Р-циклодекстринов, содержащих определённое количество ацетильных групп на вторичных гидроксилах, в том числе и содержащие свободные первичные гидроксильные группы. На основе анализа спектров ЯМР 'Н и 13С, полученных ацетильных производных, можно сделать выводы о принадлежности ацетильных групп к углеродам положений С2 и С3 углеводных фрагментов.

2. Ацетилирование гидроксильных групп свободных а- и Р-циклодекстринов

С учетом данных об ацетилировании вторичных гидроксильных групп силильных производных а- и Р-циклодекстринов представляло интерес рассмотреть возможность использования хлорангидрида и ангидрида уксусной кислоты как для пер-, так и для регионаправленного замещения гидроксильных групп свободных а- и Р-циклодекстринов.

Исследование мы начали с изучения исчерпывающего ацетилирования а-(1) и р-(2) циклодекстринов уксусным ангидридом (метод а) и хлорангидридом уксусной кислоты (метод б). По методу а ацетилирование проводили в ДМФА в присутствии гидрокарбоната натрия, что позволяло ацетилировать в существенно более мягких условиях. По методу б ацетилирование проводили в ДМФА в присутствии триэтиламина. В обоих способах в присутствии примерно 1.5 кратного мольного избытка ацетилирующего средства по отношению ко всем гидроксильным группам

(["0Н)„ ([~0АС)п

сх,3

а.АсгО, МаНСОэ/ОМГ

б. АсС1, Е13М / ОМР

а,р

(X ¡н)

1.2

Л=6 (1,17), 0=7(2,18).

ц,

17, 18

17:

Т. пл. 238-239'С ф£0%(метод а) тг=78%(мегод б) 18:

Т. пл. 195-197'С т]-90Уо(мстсл а) т|=78%(мегол 6) 1г

Полноту ацетилирования оценивали анализируя спектры ЯМР 'Н и ' С. В спектре ЯМР *Н наблюдали три группы сигналов, которые относились к метальным протонам ацетильных групп в положениях при С2, С3 и С6. В спектре ЯМР 13С также присутствовало по три сигнала метальных и карбонильных углеродов. Сигнал углерода положения С6 после ацетилирования смещался в слабое поле, что позволило нам сделать чёткое отнесение сигналов ацетильных групп в спектрах ЯМР 'Н. Принимая во внимание спектральные данные, приведенные в разделе 1, можно сказать, что более слабопольный сигнал ацетильных групп относится к положениям углерода С2. С учётом этих данных мы исследовали возможность регионаправленного ацетилирования незамещённых циклодекстринов 1 и 2 хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии разных по природе аминов (В: пиридин, триэтиламин, И.М-диметиланилин). В качестве растворителей использовали ДМФА и пиридин. Для сопоставления результатов все эксперименты проводились в одинаковых условиях.

([-°н)в ру 6-х(н°-пИг-0Ас)* / \ 1ЭМР, в / \

/ а \ + -¡ГйЗГ / а \

(ХТ ¡н),

В= Ру, Е13Ч Ме2ЫРЬ

19. 20

х»3, у=0 (19); х=1,у=1 (20).

Растворитель В Средняя степень замещения (положение заместителя) Выход, % № соединения (метод)

С5Н5Ы ДМФА ДМФА ДМФА С5Н;Ы Е13Ы СзНзИ Ме2КСбН5 3(С6) 3 (С6) 2 (СШ6) 3(Сб) 67 52 70 52 19 (в) 19 (а) 20 19(6)

(П0Н)7

SAcCI

Py

DMF, В

х(н°-[НгНх ([-o")7 JH0nKr-°Ac),

+ mAcCI

Py

(¿H ¿H)7

вне! / " \ / И \ -Руна / Н \

• (I Гн)7 (Л ¡н),

2 21,22 2 23-26

В = Ру, Е^Ы, Ме^РИ (21); т=2, з. 4,5

х=2, У=1 (22). *=2 (23); 3 (24); 4 (25): 5 (26)

Ацилирование в пиридине для (З-циклодекстрина проходит более

эффективно чем для а-циклодекстрина, степень замещения шесть и три

соответственно. Проведение реакции в ДМФА с использованием различных

аминов показало принципиальную разницу между такими родственными

соединениями как а-ццклодекстрин и р-циклодекстрин: М,Ы-диметиланилин и

триэтиламин в случае а-циклодекстрина направляют ацилирование по

первичным гидроксильным группам, а в случае (З-циклодекстрина только пиридин. Во всех остальных случаях ацилирование идёт не селективно и с

меньшей степенью замещения.

Ацетилирование р-циклодекстрина хлорангидридом уксусной кислоты

Растворитель

В

Средняя степень замещения (положение _заместителя)_

Выход, %

№ соединения {метод)

CJHJN C5HJN C5H5N C5H5N CJH5N ДМФА ДМФА ДМФА

C5H5N C5H5N C3H5N

c5h5n

C5HjN Et3N CjHJN Me2NC6H5

2 (Cr)

3 (C6) 4(C6)

5 (C ) 6(C6)

3 (СШ6)

6 (С5)

3 (СШ6)

71 73 76 78 81 59 75 55

23

24

25

26

21 (б) 22 (а) 21 (а) 22(6)

Таким образом, с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе оснований и растворителей предложены пути синтеза исчерпывающе и регионаправленно ацетилированных а- и р-циклодекстринов. С помощью спектроскопии ЯМР 13С можно определить принадлежность ацетильных групп к атомам С6 и С2(3>.

3. Соединения а и p-циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислот

С применением разработанных путей регионаправленного ацилирования свободных (незащищенных) а-(1) и р-(2) циклодекстринов, мы поставили своей целью получить производные а-циклодекстрина, содержащие ковалентно присоединенные (конъюгированные) остатки некоторых фармакологически важных кислот. Такое «привязывание» позволяет в ряде случаев создавать на основе известных фармакологически активных соединений новые лекарственные средства более пролонгированного и целенаправленного действия. Похожие конъюгаты p-циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислотой,

уже были получены в нашей лаборатории ранее, фармакологические испытания которых показали хорошие результаты. В качестве ацилирующих агентов были выбраны хлорангидриды 30-32 соответствующих кислот 27-29. Ацилирование проводили в пиридине и в ДМФА в присутствии триэтиламина или пиридина разным количеством мольных эквивалентов (п=2,4, 5, 7) хлорангидридов 30-32 и получили набор производных а-циклодекстрина со средними степенями замещения т=1 (33, 36), т=2 (39), т=4 (34,37,40), т=5 (41) и т=6 (35,38, 42).

а) ОМИ, N£13

б) ОМР, Ру

/з а г\ зо-зг -В НС| /з ^ Д

(X ¡н) • ( он ¿н)

1 33-42

Я'=О-С{0у ; 0"С(0)" ; рЗцсНз)2СНСН2-О-СН(СНз)С(0>- ;

ос(0)сн3

27: а'ОН; 28: ЯкЗН; 29: Я^ОН;

30: Л'; 31: Яг; 32: К3;

39: Р3, /7=2, т=2;

33: I*', л=2, т=1; 36: И2, п=2, т=1; 40: И3. л=5, ш=4;

34: К', л=5, ш=4; 37: И2, л=5, т=4; 41: И3, п=5, т=5;

35: Р', л=7, т~в; 38: И2, л=7, т=5; 42: Я3, /7=7, т=6.

Представляло также практический интерес получение аналогичных ацилированных производных а-циклодекстрина, но содержащих остатки вышеприведенных кислот 27-29 на широкой части циклодекстринового каркаса. В этом случае в качестве субстрата для ацилирования было взято силильное производное а-циклодекстрина 3, содержащее защитные силильные группы на первичных гидроксилах при С6. С учетом особенностей синтеза соединений 33-42 ацилирование проводили в растворе. пиридина пятью мольными эквивалентами хлорангидридов 30-32.

^ |-отвомз) ^ ( |— ОТВРМб^в ( |-он) в

(А" А"). (№<£)),

43-45 4-83-95% «в-«8 Т1.87"90%

: ^=О-С<0)- : ^ЧСН3)2СНСН2-О-СН(СН3)С(0)- 43,46: Я1:44,47: 45,48: К5

0С(О)СН3

Во всех случаях были выделены силильные производные 43-45, содержащие четыре ацильных заместителя на широкой части циклодекстринового каркаса. С помощью спектроскопии ЯМР 'Н и 13С оказалось возможным определить положение заместителей при С2 и/или С3. В случае соединения 43 ацилирование затронуло только положение 2, в случае соединений 44 и 45 два заместителя находятся в положении 2 и два заместителя в положении 3. Десилилирование производных 43-45 проводили обработкой раствором аммоний фторида в метаноле с образованием производных 46-48, содержащих свободные первичные гидроксильные группы.

Таким образом, нами предложены методики синтеза производных а-циклодекстрина, содержащих заданное количество остатков фармакологически важных кислот как на первичных гидроксилах при С6 (на узкой части циклодекстринового каркаса), так и на вторичных гидроксилах при С2'3 (на широкой части циклодекстринового каркаса). Такие соединения представляют интерес для фармакологических исследований, как наноразмерные структуры, обеспечивающие высокоэффективную, точечную и специфическую доставку лекарственных средств.

4. Амфифильные производные а-циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных кислот На следующем этапе работы мы поставили своей целью синтезировать новые амфифильные производные а-циклодекстрина 1, содержащие остатки фармакологически важных кислот, как на стороне первичных, так и на стороне вторичных гидроксильных групп циклодекстринового каркаса. Вначале взаимодействием а-циклодекстрина 1 с 2.5 мольными эквивалентами хлорангидрида пальмитиновой кислоты 52 в растворе ДМФА в присутствии пиридина получили амфифильное производное а-циклодекстрина 53, содержащее два ацильных остатка на «узкой» стороне циклодекстринового каркаса. Взаимодействием хлорангидридов кислот 30-32, с производным а-циклодекстрина 53 получили амфифильные производные а-циклодекстрина 54-56, содержащие остатки соответствующих кислот на стороне первичных гидроксильных групп. Ацилирование проводили в растворе пиридина при 0°С тремя мольными эквивалентами хлорангидридов 30-32.

(Г°Н)е

РМР. Ру

>С(0)<СН2)иСН3

( ¿н . Ан)

54-56 54:1Ч1, 65: И2, 56: Я3

№ Выход, % Т. пл.,

соединения 'с

93 75 253-254 (рил)

54 80 297-298 (рил

95 82 300-301 (ра^)

» 78 305-306 (разл)

к'-О"0!0)- : ^»О-СЮ)- ; к>=(сн!)гснсн2-0-сн(сн3)с(0ь-

ОС(0)СН,

В развитие этого направления представляло практический интерес получить амфифильные производные, родственные вышеописанным 54-56, но содержащие остатки фармакологически важных кислот на вторичных гидроксильных группах. Общий ход синтеза представлен на схеме.

^ртвомв),

( |—ОТВРМЭ ) (

а \ / а \

(Тг ¡н).

3 67-59 ^^ ■

57: 5«: Я'. 59:1}3

(г0™5"8).

МНЦР, МеОН: 70-е / \ 3 СН](СН;)„С(0)С| 52. Ру

_Д -Руне

87-59

-Л (р-0С(0)(СНг)„СН1)2

П-91-93*

60.63: Р1,61, 64: К2,62.65:

и"®5 Ц-59-СИ4

Таким образом нами получены новые амфифильные производные а-циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных ароматических монокарбоновых кислот, представляющие интерес для медико-биологических исследований в разных направлениях.

5. Особенности синтеза и химического поведения некоторых силильных производных Р-циклодекстрина 7/?е/и-бутилдиметилсилильная группа нашла широкое применение для защиты первичных гидроксильных групп. Для ее регионаправленной постановки используется обработка свободных циклодекстринов трет-бутилдиметилсилилхлоридом или в пиридине, или в ДМФА в присутствии имидазола. Дальнейшая функционализация, например, ацилирование или фосфорилирование, обычно приводила с хорошими выходами к соответствующим эфирам по положениям вторичных гидроксильных групп. Однако, ранее в нашей лаборатории было обнаружено, что в случае обработки диамидоэфиром фосфористой и дихлорангидридом фенилфосфонистой кислот наблюдается неожиданное удаление защитных трет-бутилдиметилсилильных групп, по-видимому, из-за супрамолекулярного влияния циклодекстриновой полости. С учетом этих данных представляло интерес проверить в качестве защиты для первичных гидроксильных групп другую защитную группу-дифенилметилсилильную. С этой целью Р-циклодекстрин 2 обрабатывали 8.5 мольными эквивалентами дифенилметилсилилхлорида 66 в растворе пиридина (метод а) и в растворе ДМФА в присутствии разных по природе акцепторов хлористого водорода: пиридин (метод б), триэтиламин (метод в) и имидазол (метод г). Для проверки возможности более глубокого силилирования, т.е. далее и по вторичным гидроксилам, р-циклодекстрин обрабатывали аналогично методу а в пиридине 12 и 24 мольными эквивалентами дифенилметилсилилхлорида 66.

_(г-°н)7

п РЬ2СН33|С1

а. Ру 5.

«. ОМНЕ^Ы г. РМР/имидаэоп

г

ОЗРЛгСН!)

(X Ан)7

(41?

ЙР^СНэ 1

67: п=8.5 т=0;

68: п-12 т=2;

69: п=24 т=9

67-69

(рСгаРИгСНз) ? Р \ 16АсС1/РМР/Ру

( ¿Ас 3>Ас) 7.

(1

При обработке 8.5 мольными эквивалентами реагента 66 по методам а-г было выделено силильное производное 67, содержащее по данным спектроскопии ЯМР 'н и масс-спектрометрии МАЬБЬТОР семь силильных групп, а при обработке 12 и 24 мольньши эквивалентами реагента 66 выделены производные 68 и 69, содержащие соответственно 9 (ш=2) и 16 (т=9) силильных групп. Для определения регионаправленности силилирования применили метод спектроскопии ЯМР Обнаружено, что ядра кремния, находящиеся при С6, проявляются сигналами в заметно более сильных полях (-2.3 - -2.5 м. д.), чем находящиеся при С2 и С3 (1.4-2.2 м. д.).

Производное 67 исследовано в реакциях ацетилирования хлористым ацетилом, ангидридом уксусной кислоты и в фосфорилировании неопентиленхлорфосфитом 70 в пиридине и бензоле в присутствии триэтиламина.

(|—ОвРЬдСНз) 7 6(АСО-|) р-оаР^СНз

гОАсгО/РМР^аНСОз^/ р ^

(ад 6н),

67

№смОС

Оказалось, что только применение хлористого ацетила в присутствии пиридина приводит к ожидаемому продукту 71, сохранившему семь силильных заместителей при С6 и содержащему 14 ацетильных групп при С2 и С3. Строение продукта 71 доказано спектроскопией ЯМР 'Н и 3С. В спектре ЯМР 2981 фиксирован уширенный синглет при -2.4 м. д., характерный для сигналов ядер кремния при С6. В случае применения уксусного ангидрида и хлорфосфита 70 наблюдалось существенное десилилирование защитных силильных групп у соединения 67. Так, при обработке уксусным ангидридом удалось выделить производное 72, содержащее по данным спектроскопии ЯМР 'Н всего одну дифенилметилсилильную группу и шесть ацетильных групп на первичных, и четырнадцать ацетильных групп на вторичных гидроксилах. В случае применения хлорфосфита 70, по данным спектроскопии ЯМР 'Н, также наблюдалось заметное десилилирование, и в выделенном продукте оставалось примерно 3-4 дифенилметилсилильных групп, однако установить точное его строение не удалось.

71

4=89%

>АС О Ас) 7 72 11-70%

С учетом этих данных представляло интерес проверить аналогичное ацетилирование и фосфорилирование другого силильного производного Р-циклодекстрина 74, . содержащего существенно менее пространственно затрудненные группы - триметилсилильные. С этой целью сначала мы исследовали возможность регионаправленного силилирования (3-циклодекстрина триметилсилилхлоридом 73 в среде пиридина. В литературе считается, что силилирующий реагент 73 низкоселективный и будет «хаотично» силилировать первичные и вторичные гидроксильные группы циклодекстринов. Нами найдено, что в случае применения небольшого мольного избытка силилирующего агента 73 по отношению к первичным гидроксилам (п=8.5) и при 0°С преимущественно образуется силилированное только по первичным гидроксилам производное 74 (т=0), тогда как в более жестких условиях (60°С) и при избытке силилирующего агента 73 по отношению ко всем гидроксилам (п=24) образуется персилилированное производное 75 (ш=14).

ЯМР'^КССЦ)

ЭЭ1(СН3)з) 7

_(г-он)7

(р-оз

(3

Т~

он

Ан)т

п (СНзЬЭЮ! 73

74: п— 8.5 т=0;

Ру

Р

Т1-49%(74) Л=81%(75)

75: п= 24 ш=14

74, 75

Количество триметилсилильных групп в соединениях 74, 75 доказано с помощью спектроскопии ЯМР 'Н и молекулярными массами, определенными с помощью масс-спектрометрии МАЬП1-Т(Ж Селективное положение силильных групп в соединении 74 доказано на основе анализа спектров ЯМР 298Ь Как и для производных 67-69, сигналы ядер кремния при первичных гидроксильных группах соединений 74, 75 проявляются в более сильных полях (17.2-17.5 м. д.), чем сигналы ядер кремния при вторичных гидроксилах (соединение 75) 22.1-22.4 м. д.

Силильное производное 74, как и ранее производное 67, проверено нами в ацетилировании хлористым ацетилом и ангидридом уксусной кислоты.

(|-0&(СН3)3) '6

Г

(|—Оа(СНз)з) 7

Р

16АсС1ЮМР/Ру

4=88%

ОН

К

( ¿Ас ¿Ас) 7

74 76

Оказалось, что только в случае применения хлористого ацетила получилось производное 76, сохранившее семь силильных групп на первичных и содержащее четырнадцать ацетильных групп на вторичных гидроксилах. Количество силильных и ацетильных групп определено на основании анализа спектров ЯМР 'Н, а местоположение силильных и ацетильных групп, как и выше, подтверждено данными спектров ЯМР 13С и 29Бь В случае

ацетилирования ангидридом уксусной кислоты и фосфорилирования хлорфосфитом 70, как и для производного 67, фиксировано существенное десилилирование триметилсилильных групп производного 74, с образованием сложной смеси продуктов, четко установить строение которых не удалось.

С целью подтверждения надежности использования спектроскопии ЯМР 29Б1 для определения положения с ил ильных групп мы из силильного производного р-циклодекстрина 4 (ЯМР 2>31, 6, 19.7 м. д.) получили 2,3-О-перацетилированное производное 6 (ЯМР 2981, 5, 19.5 м. д.) и после его десилилирования производное р-циклодексгрина 77, содержащее свободные первичные гидроксильные группы.

(|—ОТВРМЗ ) 7 (|—ОТВРМЗ) 7 (|—он) 7

/ \ 18АсСИЭМР/Ру / Л Ж4Р/МеОН / \

/ Р \-¿ЛЛ -'(лА

( X ¿Н) 7 ( ОАс ОАс) 7 ( ¿Ас ¿Ас) 7

4 в 77

ЯМР'ЧИСО,): 19.7 ЯМР"81(СС1,):19.5

Далее обработкой производного 77 силилирующими агентами 66 и 73 встречным синтезом получили, соответственно, вышеописанные соединения 71 и 76. Важно, что сигналы ядер кремния в спектрах ЯМР 29Б! соединений 71 (2.4 м. д.) и 76 (17.2-17.5 м. д.) (полученных по методу б) полностью совпали с сигналами ядер кремния этих же соединений, полученных ацетилированием регионаправленно сияилированных производных (методы а) 67 и 74, соответственно.

оаръсн,) у (р)н ) 7 _(р

ОБКСНз),

Р

8.5 66/Ру п \ 8 5 73/Ру

/3

¿Ас) 7 (оАс к:), ( 0Ас °Ас)7

.1 г

ОАс

71 11-89% 77 .76 4=85%

ЯМРг'51(СС14):-2-М-2.5> ЯМР "51 (СС14): 17.2-17.5

Таким образом, нами подобраны условия селективного силилирования дифенилметилсилил- и триметилсилилхло рядами первичных гвдроксильных групп р-циклодекстрина. Показано, что с помощью спектроскопии ЯМР можно определять регионаправленность силилирования. Однако последующая функционализация по вторичным гидрокстаьным группам с использованием ангидрида уксусной и хлорангидрида фосфористой кислот сопровождается существенным удалением защитных синильных групп.

6. Оценка способности к включению водорастворимых ацетильных производных Р-циклодекстрина спектрофотометрическим методом

Без сомнения, важнейшим свойством циклодекстринов и их производных является способность к образованию соединений включения. Образование комплекса представляет собой равновесие кежду циклодекстрином («хозяин»), «гостем» и соединением включения.

В настоящее время, одним из наиболее доступных, и в то же время достаточно точным методом определения хонстанты устойчивости, является

спектрофотометрический. Так как сами циклодекстрины не поглощают в УФ- и видимой области, то его применяют для исследования устойчивости соединений включения с «гостями», поглощающими в исследуемой УФ-области: при включении «гостя» в молекулу циклодекстрина обычно происходит смещение полосы и изменение интенсивности поглощения. Когда такое «прямое» определение константы устойчивости комплекса с каким-либо соединением невозможно, тогда используется метод вытеснения исследуемым гостем молекулы-зонда, которая является окрашенным соединением с известной константой устойчивости. В качестве зонда чаще всего применяют фенолфталеин, который используют как модельное соединение при определении способности производных циклодекстринов к комплексообразованию.

В настоящей работе мы спектрофотометрически, методом изомолярных серий, изучили комплекоообразующую способность ацетильных производных Р-циклодекстрина (21, 23-26), имеющих различную степень замещения на первичных гидроксильных группах.

В результате исследования водорастворимых ацетильных производных р-циклодекстрина обнаружено, что во всех случаях происходит образование комплексов включения с мольным отношением 1:1, состав которых определяли по графику, аналогично незамещенному р-циклодекстрину 2.

Изменение концентрации «окрашенного» фенолфталеина (форма В) (АС) в зависимости от мольного отношения фенолфталеин/циклодекстрин (п)

Найдено, что по мере введения ацетильных групп по первичным гидроксилам Р-циклодекстрина комплексообразующая способность уменьшается. Однако, как видно из величин констант устойчивости, влияние ацетильных групп относительно небольшое.

"10"

П

соединение № Раствори- Куст. Отно-

соеди- мость в •ю4 ситель-

нения воде (23°С, г/л) ная ошибка (%)

Р-циклодекстрин 2 18.5 (25°С) 3.68 2.5

Ди-6-О-ацетил-Р-циклодекстрин 23 122 3.64 11.0

Три-6-О-ацетил-Р-циклодекстрин 24 256 3.01 5.2

Тетра-6-О-ацетил-Р-циклодекстрин 25 406 2.75 8.7

Пента-6-О-ацетил-Р-циклодекстрин 26 26 2.54 1.9

Гекса-б-О-ацетил-Р-циклодекстрин 21 18 • 2.40 1.7

Пер-6-О-ацетил-Р-циклодекстрин - - 2.3 4.4

Моно-6-О-пивалоил-Р-циклодекстрин 78 130 2.64 9.9

Интересно, что монопивалоильное производное Р-циклодекстрина 78, содержащее объемный /иреот-бутильный заместитель, обнаружило заметно меньшую способность к включению, близкую для производных 25 и 26.

Анализируя полученные данные можно отметить, что хотя исследованные нами водорасвтворимые производные р-циклодекстрина 23-26 имеют сопоставимые с исходным Р-циклодекстрином 2 константы комплексообразования, тем не менее, благодаря существенно более высокой растворимости в воде их лучше использовать для связывания субстратов, чем свободный Р-циклодекстрин.

***

Для соединений 36-39, 41, 42, 54, 56 в лаборатории ГОУ ВПО АГМА проведено комплексное исследование противовоспалительной, антиагрегационной активностей и реакции некоторых микроорганизмов in vitro (для соединений 33-35, 54).

Противовоспалительная активность соединений 36-38, 55 исследована на модели развития реакции острого воспаления у мышей после введения флогогенного агента по приросту массы отека. Полученные данные сопоставлялись с показателями, которые получали в группах сравнения: контрольная группа (получавшая крахмальную слизь), группа сравнения № 1 (получавшая индометацин) и группа сравнения № 2 (получавшая внутрижелудочно ацетилсалициловую кислоту). Результаты показали, что наиболее высокая степень антифлогистической активности отмечается у соединения 37, которое проявило более выраженный фармакологический эффект, превосходящий аналогичный у известного противовоспалительного средства — индометацина. Активность соединения 38 превышала аналогичный эффект ацетилсалициловой кислоты и по выраженности близка к эффекту индометацина. Активность соединения 36 уступала эффекту, получаемому у индометацина, но приравнивалось эффекту среднетерапевтической дозы ацетилсалициловой кислоты. При этом следует отметить, что доля содержания ацетилсалициловой кислоты в новом конъюгированном соединении была ниже,

чем у эталонного образца, что говорит о возможности получения нужного противовоспалительного эффекта при сниженной среднетерапевтической дозе. Противовоспалительный эффект при применении соединения 55 (в структуру которой входит пальмитиновая кислота) был идентичен эффекту, получаемому у соединения 36.

Схема исследования противовоспалительной активности соединений 39, 41, 42, 56 была, как описано выше. Сравнение показателей проводилось с эталонным препаратом - «Ибупрофеном» и контрольной группой (получавшей плацебо). Достоверно значимая разница (в сравнении с «чистым» «Ибупрофеном») в сторону усиления антифлогистического эффекта выявилась у групп получавших 41 и 42. Снижение степени отека у 39 и 56 незначительно отличалось от эталонного образца.

Антиагрегационная активность соединений 36-38,. 55 изучалась по скорости агрегации тромбоцитов плазмы крови, сравнивая с эталонным образцом (ацетилсалициловой кислотой). Наименее выраженная скорость агрегации отмечалась у соединения 38, что говорит о высоких противосвертывающих свойствах данного вещества. Соединение 55 в плане антиагрегационной активности показало отрицательный результат (что, видимо, связано с присутствием остатков пальмитиновой кислоты, поскольку жирные кислоты способны увеличивать вязкость крови). Антиагрегационная активность у соединений 39, 41, 42, 56 в большей степени проявилась в группе с соединением 42. Данные эффекты у 39 и 41 незначительны, а у 56 -отрицательные.

Изучено тормозное действие соединений 33-35, 54 против микроорганизмов in vitro (в сравнении с бензойной кислотой). Отмечен специфический эффект снижения минимальной эффективной концентрации тормозного эффекта при воздействии на streptococcus species, candida kruzei (34 мг/кг) и peniccillium glaucum (до 4 мг/кг). Данный факт говорит о внедрении в процессы метаболизма микроорганизмов структурных компонентов изучаемых соединений.

Проведенные исследования дают предпосылки к дальнейшему более глубокому изучению биологической активности у данных (и подобных) конъюгатов и отражают начальный апробационный этап их исследования.

ВЫВОДЫ

1. Впервые с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе растворителей и оснований разработаны эффективные пути синтеза как пер-, так и региозамещенных ацильных производных а- и Р-циклодекстринов.

2. Получены новые представители а-циклодекстрина и его амфифильных производных, содержащие остатки фармакологически важных ароматических монокарбоновых кислот как на стороне первичных, так и на стороне вторичных гидроксильных групп.

3. Найдено, что с помощью спектроскопии ЯМР 'Н и 13С можно сделать точное отнесение принадлежности ацетильных групп к С2 и С3 углеводных фрагментов а- и Р-циклодекстринов.

4. Впервые предложены условия региоселективного силилирования дифенилметил- и триметилсилилхлоридами свободного ß-циклодекстрина и найдено, что с помощью спектроскопии ЯМР 29Si можно определять положения силильных заместителёй на первичных или вторичных гидроксилах.

5. В случае применения ангидрида уксусной и хлорангидрида фосфористой кислот последующая функционализация по вторичным гидроксилам сопровождается существенным удалением защитных силильных групп.

6. Спектрофотометрическим методом количественно оценена способность водорастворимых ацетильных производных ß-циклодекстрина к образованию комплексов включения типа «гость-хозяин».

7. Фармакологические исследования конъюгатов а-циклодекстрина показали перспективность дальнейших медико-биологических исследований в этом направлении.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Грачев М.К., Едунов A.B., Курочкина Г.И., Левина И.И., Нифантьев Э.Е. / Ацетилирование вторичных гидроксильных групп силильных производных а- и ß-циклодекстринов // Журнал общей химии. 2011. Т. 81. Вып. 2. С. 222-229. (1.00 п.л., авторских 65%),

2. Грачев М.К., Едунов A.B., Курочкина Г.И., Попков A.B., Левина И.И., Нифантьев Э.Е. / Ацетилирование а- и ß-циклодекстринов // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. Вып. 2. С. 290-295. (0.75 п.л., авторских 60%).

3. Едунов A.B., Курочкина Г.И., Грачев М.К., Левина И.И., Баталова Т.А., НифантьевЭ.Е. / Соединения а-циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)пропионовой кислот // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. Вып. 7. С. 968-974. (0.80 п.л., авторских 65%).

4. Грачев М.К., Едунов A.B., Курочкина Г.И., Соболева Н.О., Васянина Л.К., НифантьевЭ.Е. / Амфифильные производные а-циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных кислот // Известия АН, серия химическая. 2012. № 1. С. 178-184. (0.80 п.л., авторских 65%).

5. Edunov A.V., Kurochkina G.I., Grachev M.K., Nifantiev E.E. / Acetylation of a-cyclodextrin / Fifth International Conference on Organic Chemistry for Young Scientists. Saint-Petersburg. Russia. Book of abstracts. С-Пб.: Издательство «Лема». 2009. P. 121. (0.06 п.л., авторство не разделено).

6. Едунов A.B., Грачев М.К., Курочкина Г.И., НифантьевЭ.Е. Ацетилирование силильных производных альфа- и бета-циклодекстринов / International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry. Miskhor, Crimea. Book of abstracts. 2010. C.69. (0.06 п.л., авторство не разделено).

Подп. к печ. 14.03.2012 Объем 1 п.л. Зак. № 72 Тир. 100 экз.

Типография МШ'У