Получение водорастворимых производных фуллеренов, исследование их физико-химических свойств и биологической активности тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

ТРОШИНА Олеся Анатольевна

ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

02.00 04 - Физическая химия 02 00 03 - Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Черноголовка-2007

003071299

Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор Любовская Римма Николаевна

Официальные оппоненты

доктор химических наук, профессор Коробов Михаил Валерьевич,

доктор химических наук, профессор Клюев Михаил Васильевич

Ведущая организация

Институт органической и физической химии им А Е Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук

Защита состоится 28 мая 2007 г в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д 002 082 02 при Институте проблем химической физики РАН по адресу: 142432, г Черноголовка, Московской обл, проспект Академика Семенова д 1, Корпус общего назначения Института проблем химической физики РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем химической физики РАН

Автореферат разослан «28» апреля 2007 г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Химия фуллеренов активно исследуется во всем мире с целью создания наноматериалов различного назначения, а также биологически активных соединений для новых медицинских препаратов противовирусного, противоракового и бактерицидного действия

Фуллерены на свету почти со 100% квантовым выходом переводят молекулярный кислород в синглетное состояние (*Ог) Синглетный кислород -мощный окислитель, разрушающий живые ткани, в т ч раковые Окисление синглетным кислородом лежит в основе фотодинамической терапии рака, где соединения на основе фуллеренов могут применяться как фотосенсибилизаторы Некоторые соединения фуллеренов препятствуют пролиферации раковых клеток и в отсутствии света, т е выступают химиотерапевтическими противораковыми препаратами

Соединения фуллеренов подавляют и ряд вирусов ВИЧ, вирус гепатита С, и некоторые другие В случае ВИЧ установлено, что фуллерены аллостерически ингибируют ВИЧ-протеазу - жизненно-важный фермент, ответственный за проникновение вируса в клетки Известные нефуллереновые ингибиторы ВИЧ-протеазы атакуют лишь последовательность из нескольких аминокислот в активном центре энзима, что приводит к быстрой выработки резистентности у вируса путем изменения аминокислотной последовательности Напротив, точное совпадение формы и размера фуллеренового каркаса со всем активным центром ВИЧ-протеазы не позволяют вирусу стать устойчивым по отношению к действию фуллеренового препарата

Фуллерены способны эффективно улавливать свободные радикалы (эффект «радикальной губки») и могут использоваться в качестве антиоксидантов нейрозащитного действия Подобные препараты снижают риск возникновения нейродегеративных заболеваний у человека - болезни Паркинсона и синдрома Альцгеймера, такой эффект соединений фуллеренов уже продемонстрирован на животных

Обнаруженные биологические свойства соединений фуллеренов позволяют надеяться на возможность их использования в создании новых эффективных медицинских препаратов, в том числе и для борьбы со СПИДом Развитие медицинской химии фуллеренов сейчас, однако, лимитируется малой доступностью легко растворяющихся в воде соединений фуллеренов, состав и строение которых однозначно установлено

Целыо настоящей работы является

• разработка методов получения высоко водорастворимых соединений фуллеренов,

• установление состава и строения соединений, а также исследование их свойств с использованием комплекса физико-химических методов,

• тестирование биологической активности соединений

Научная новизна работы Разработаны эффективные методы получения аминопроизводных фуллерена непосредственно из С6о и из галогенфуллеренов С6оС16, С60С124, СбоС1зо, C6oF36 в реакциях с N-замещенными пиперазинами Получен и исследован ряд диамино- и тетрааминопроизводных состава С6о(амин)2 и С6о(амин)40, соответственно Обнаружено необычное обратимое замещение аминных групп на фуллереновой сфере для 1,4-диаминофуллеренов Выделены и охарактеризованы первые аминопроизводные фуллерена С70 Найден эффективный метод получения из галогенфуллерена СвоС1б поликарбоксильных производных С60, содержащих 5-10 карбоксильных групп

Преимуществами предложенных методик являются высокие выходы продуктов (до 85%) и возможность получения граммовых количеств аминопроизводных фуллеренов в одном синтезе

Для доказательства состава и строения всех полученных соединений использован элементный анализ, а так же большой набор физических методов ИК-спектроскопия, спектры поглощения, масс-спектрометрия (матричная ионизация и электроспрей), а также одномерных (на ядрах 'Н и |3С) и двумерных Н-Н и Н-С корреляционных спектров ЯМР

Предложен способ превращения аминопроизводных фуллерена в соли при взаимодействии с органическими и неорганическими кислотами Получены соли поликарбоксильных соединений фуллеренов с катионами щелочных металлов Исследована растворимость полученных соединений в воде Показано, что они легко образуют истинные растворы с концентрацией 50-200 мг/мл при рН=7,0 Соединения в водной среде не агрегируют в большие кластеры, что обуславливает устойчивость их растворов во времени Растворимость полученных соединений в воде, достигнутая в результате химической функционализации, достаточна как для любых биологических тестов, так и для создания медицинских препаратов, растворимых в физиологических средах

Проведено тестирование биологической активности некоторых из полученных соединений (цитотоксичности и противовирусного действия) Показано, что

4

карбоксильные соединения фуллеренов подавляют ВИЧ, а некоторые аминопроизводные - вирус Синдбис и реовирус

Практическая значимость работы. Разработанные методы позволяют получать как катионоидные (аминные), так и анионоидные (карбоксильные) производные фуллеренов в граммовых количествах Растворимость соединений в воде достигает 200 мг/мл Большинство полученных соединений содержат солюбилизирующие группы на малой части фуллеренового каркаса, оставляя свободной большую часть сферы фуллерена При этом раскрыто лишь небольшое число двойных связей фуллереновой сферы Высокая растворимость в воде и доступность фуллереновой сферы для взаимодействия с биологическими мишенями являются важнейшими параметрами, отличающими полученные соединения от большинства описанных в литературе

Особенности строения, хорошая растворимость, а также доступность полученных в работе соединений, стимулируют изучение их биологической активности Получены оптимистичные результаты исследования цитотоксичности соединений и их противовирусного действия

Апробация работы Материалы диссертации докладывались в качестве стендовых и устных докладов и обсуждались на 7-м международном симпозиуме «Фуллерены и атомные кластеры» (Россия, Санкт-Петербург, 2005), международном семинаре-ярмарке «Российские технологии для индустрии» (Россия, Санкт-Петербург, 2006) и молодежных конкурсах ИПХФ РАН

Публикации По теме диссертации опубликовано б печатных работ в рецензируемых российских и международных журналах и 5 тезисов докладов

Объем и структура диссертации Диссертация изложена на 118 страницах, включает введение, литературный обзор, экспериментальную часть, результаты и обсуждение, выводы и список использованной литературы (154 наименования) Текст диссертации проиллюстрирован 27 рисунками, 16 таблицами и 31 схемой

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснован выбор и актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, показана их научная новизна и практическая значимость

Глава 1. Обзор литературы. Обзор научной литературы суммирует данные по химии водорастворимых производных фуллеренов и их биологическим свойствам В первом разделе описаны методы синтеза водорастворимых соединений фуллеренов Показана взаимосвязь между составом и строением фуллереновых соединений и их растворимостью в воде Предложена классификация известных водорастворимых соединений в соответствии с их растворимостью

Во втором разделе приведены данные по биологической активности соединений фуллеренов, описаны основные направления исследований и показаны перспективы дальнейшего развития медицинской химии фуллеренов

В заключение обзора сформулированы цели и задачи данной работы и показана ее актуальность в сравнении с ранее выполненными исследованиями Глава 2. Экспериментальная часть В этой главе описаны использованные методики физических методов исследований (ЯМР-, ИК- и электронная спектроскопия, масс-спектрометрия) и приборы, на которых выполнялись измерения Она включает методики приготовления образцов, съемки спектров ЛМР, данные о растворителях и стандартах, характеристики приборов

Приведены методики синтезов, выделения и очистки соединений, данные элементного анализа, описание Ш спектров ЯМР 1Н и 13С, для части соединений приведены данные масс-спектрометрии, перечислены частоты колебаний в ИК-спектрах

Глава 3 Результаты работы и их обсуждение.

1. Фотохимическое радикальное присоединение вторичных аминов к фуллерену Сбц и исследование свойств образующихся аминофуллеренов Взаимодействие Сбо с аминами было одной из первых реакций, описанных в литературе Однако, из-за низкой селективности и сложности выделения продуктов, широкого распространения она не получила Число охарактеризованных аминопроизводных фуллерена Сбо не велико, а для С70 и высших фуллеренов аминопроизводные вообще неизвестны

б

В данной работе с целью синтеза водорастворимых соединений фуллеренов впервые было предложено использовать реакцию фотохимического радикального присоединения аминов к фуллерену Сбо для введения нескольких основных групп, способных к образованию солей при протонировании и кватернизации В качестве реагентов были выбраны циклические вторичные амины, обладающие высокой реакционной способностью по отношению к фуллерену

Ранее утверждалось, что реакция фуллерена с морфолином и N-метилпиперазином приводит к соединениям состава С6о[амин]40 практически с количественным выходом1 Однако методика синтезов и спектральные данные в этой работе описаны слишком лаконично

Мы детально изучили реакции Ceo с N-метилпиперазином и морфолином и показали, что независимо от условий (источника света, соотношения реагентов, времени реакции и растворителя) в реакции образуется смесь продуктов

Согласно данным электроспрей масс-спектрометрии, помимо ожидаемых соединений состава С6о[амин]40 образуются Сво[амин]2, C6o[aMnn]iOH, С6о[амин]50Н, а также много других побочных продуктов Спектры ЯМР продукта реакции С60 с N-метилпиперазином также подтверждают присутствие нескольких компонентов в образцах 2

Смесь N-метилпиперазиновых аддуктов фуллерена не удается разделить методом колоночной хроматографии Обнаружено, что соединения чрезвычайно сильно абсорбируются на силикагеле и оксиде алюминия и их элюирование (смесями СН2С12 с пиридином, триэтиламином или уксусной кислотой и др ) сопровождается гидролизом с образованием фуллеренолов [C60(N-метилпиперазин)х(ОН)уОг (х~1-2, у-2-5, z~0-l)] Гидролиз медленно протекает и при растворении Сбо^-метилпиперазиновых аддуктов в водных кислотах (HCl,

1 Н Isobe, N Tomita, Е Nakamura, Ощ tut, 2000, 2, 3663

: Все спектры ЯМР приведенные в работе, сняты проф А С Перегудовым (ИНЭОС РАН)

7

Реакции С6д с М-мептлттеразином и морфолином

2а-Ь

1а-Ь

т=0, 1

Схема 1

CHiCOOH, CF3COOH) при комнатной температуре Нагревание этих растворов выше 50 СС приводит к мгновенному выпадению осадка C6o(N-метилпиперазин)ч(0Н)у02

Низкая селективность реакций фуллерена с аминами 1а-Ь, а также склонность образующихся аминофуллеренов к гидролизу делает эти реакции малоперспективными для синтеза водорастворимых соединений

Реакция Сы) с пиперазипалш, содержащими электроноакг/епторные заместители Для функционализации С60 в качестве исходных реагентов использованы менее основные N-замещенные пиперазины lc-f с объемными акцепторными группами

Реакции пиперазинов lc-d с С6о достаточно селективны и приводят к тетрааминофуллеренам 2c-d в качестве основного продукта и диаминофулленам Зс-d в качестве побочного Эти соединения выделены и очищены методом колоночной хроматографии

Реакция Сво с М-(2-пиридил)пиперазином идет наиболее гладко, выход продукта 2с зависит от времени облучения, соотношения реагентов и масштаба синтеза (объем исходных реагентов и растворителя) и в оптимальных условиях достигает 60-70% Выход побочного продукта Зс составляет не более 1-5% и практически не зависит от условий проведения синтезов

Взаимодействие С60 с Ы-(2-пиримидинил)пиперазином Id протекает с существенно меньшей селективностью средний выход 2d составляет лишь 1520% Соединение 3d выделено в качестве побочного продукта с выходом 5-9% Основная часть продукта представляет собой сложную смесь аминофуллеренов, элюирующуюся в виде отдельной фракции в ходе хроматографического разделения

r=

Схема 2

Реакция С60 с пиперазином 1е приводит к выпадению осадка состава С6о(М-(4-пиридил)пиперазин)4оО (2е) согласно данным химического анализа Этот осадок нерастворим в органических растворителях, что не позволило охарактеризовать его спектроскопически

В отличие от пиперазинов 1с-е, пиперазин 1Г в условиях реакции нестабилен Он отщепляет шреот-бутоксикарбонильную группу и дает с низким выходом трициклический пиперазинофуллерен 4, синтезированый ранее из незамещенного пиперазина и С6о

Полиаминофуллерены, составляющие существенную часть продукта реакции С60 с К, в ходе хроматографического разделения элюируются в виде отдельной четкой фракции По данным ЯМР, фракция представляет собой смесь *

нескольких компонентов, разделить которые хроматографически не удалось из-за близости свойств отдельных компонентов По видимому, фотохимическое отщепление /ире/и-бутоксикарбонильной группы в пиперазине К в условиях реакции приводит к образованию многочисленных соединений,

ь

содержащих как трициклические 1 •

фрагменты (как в соединении 4), так и трет-

бутоксикарбонилпиперазиновые группы, беспорядочно

присоединенные к углеродному каркасу

Состав и строение

аминофуллеренов 2с-(1 и Зс-с1 доказаны методами спектроскопии ЯМР 'Н и 13С (типичные спектры представлены на рисунке 1), электроспрей масс-спектрометрии высокого разрешения и химического анализа

Впервые предложен детальный механизм реакции С60 с аминами, хорошо согласующийся со структурами выделенных продуктов Этот механизм подробно обсуждается в полном тексте диссертации

160 150 1 ',0 130 130 НО 100 01 ю й ррт

70 65 60 6 ррт

Рисунок 1 Спектры ЯМР'н (л) п С (Ь) сослнпсшш 21

2. Превращение тетршшииофуллерепов Сбо[(тш1140 в водорастворимые соли Тетрааминофуллерены СбоСамиьфО 2с-е - органические основания, образующие соли при взаимодействии с органическими (СР3СООН, СН3СООН) и неорганическими кислотами (36% водная НС1) Гидрохлориды 5с-е выделены медленным концентрированием растворов при комнатной температуре при обычном давлении или в вакууме Упаривание при повышенных температурах сопровождается гидролизом аминофуллеренов

Химический анализ гидрохлоридов 5с и 5е (Х=С1) (Таблица 1) показал, в среднем, содержание 0 65 и 0 59 формульных единиц НС1 в пересчете на один атом азота, что свидетельствует о том, что менее основный атом азота, присоединенный к фуллерену, практически не протонируется Спектры ЯМР 'Н и ПС 5с и 5е (в 020) плохо разрешены, что указывает на статистический характер

Схема 3

Таблица 1

Состав солей аминофуллеренов, полученных при протонированнн и кватерннзации с метнлиодидом

Исходное соединение Ампнный остаток Состав солей 5 пНС1, п= Состав солей 6 шСН31, т=

2а —СН3 45 5 2

2с -о 1М—' 7 78 5 3

2(1 -О и-* разл разл

2е -О 7 10 -

Примечания 2а - смесь аминофуллеренов среднего состава Сбо[4-метилттеразин-1-ич]3 \0 реакция 2е с метилиодидом не провидилась из-за нерастворгшости ачинофуллерена

Концентрирование раствора 5d в кислотах при комнатной температуре сопровождается быстрым гидролизом, приводящим к нерастворимым в воде соединениям брутто-состава Сбо(№(2-пиримидинил)пиперазин)2(ОН)20 nHX (НХ = HCl, CF3COOH, n-2-З) Этот продукт обработкой избытком триэтиламина EtiN в толуоле превращен в свободное основание C6o(N-(2-пиримидинил)пиперазин)2(0Н)20 Спектроскопическое исследование методами ЯМР 'Н и ,3С показало, что он представляет смесь нескольких соединений, возможно изомеров С60(М-(2-пиримидинил)пиперазин)2(ОН)2О Таким образом, показано, что гидролиз С6о[амин]40 протекает не селективно

Помимо водорастворимых солей с кислотами, аминофуллерены дают четвертичные аммонийные соли 6 при исчерпывающем алкилировании метилиодидом при комнатной температуре Также как протежирование, кватернизация происходит статистически, не затрагивая в существенной степени атомы азота, непосредственно связанные с фуллереном Наиболее легко реакция протекает с метилпиперазиновыми производными — осадок продукта выпадает мгновенно при добавлении СН31 к раствору аминофуллерена в хлористом метилене Алкилирование 2с и аналогичных аминофуллеренов, содержащих 2-пиридилпиперазиновые группы, требует нескольких дней

Разработанные методы превращения аминофуллеренов в водорастворимые соли просты и позволяет получать практически любое количество высоко растворимых в воде продуктов с катионоидными группами

3. Превращение пирролидипо- и метапофуллерепов А= Ceti в тетрааминофуплерепы А-С6о1амин]40 Установлено, что при фотооблучении N-замещенные пиперазины могу г присоединяться не только к С60, но и к различным его производным В частности, пирролидинофуллерен 7 и метанофуллерен 8 легко реагируют с N-(2-пиридил)пиперазином с образованием соответствующих аминофуллеренов 9-10 (Л=Сбо[амин]40, где А - циклический адденд) с высокими выходами (схема 4) Спектры ЯМР показали, что реакция протекает не региоселективно и дает смесь изомеров Л=С6о[амин]40, которая не разделяется методом колоночной хроматографии на силикагеле Тетрааминофуллерены Л=С6о[амин]40 легко образуют соли с кислотами

Таким образом, присоединение пиперазиновых групп представляет первый простой и достаточно универсальный способ превращения различных

п

нерастворимых в воде производных фуллерена в водорастворимые соединения Этот подход может быть использован для получения соединений, содержащих лиганды, селективно взаимодействующие с определенными биомолекулами -ферментами, нуклеиновыми кислотами и др Это перспективно для создания препаратов направленного действия на основе фуллеренов

,м-сн3

О

N

х:

СООЕ1 'СООЕ1

Схема 4

4 Реакция фотохимическогорадикалыюго присоединения вторичных аминов

к фуллерену С70

До настоящего времени аминопроизводные [70]фуллерена получены не были Мы впервые исследовали фотохимическое присоединение "Ы-замещенных пиперазинов к С70 и получили с выходами 26-30% два необычных соединения С70 11 с-с1

11с

Пс1

Рисунок 2. Молекулярные структуры выделенных соединений п диаграмма Шлегелп, иллюстрирующая позиции аддендов

Состав соединений llc-d установлен с использованием данных химического анализа и масс-спектрометрии высокого разрешения В электроспрей масс-спектре 11 с обнаружены пики при m/z = 1181 22 и 1018 11 аем, принадлежащие [С7о(4-(2-пиридил)пиперазин-1-ил)20+Н]+ и С7о(4-(2-пиридил)пиперазин-1 -ил)0+, соответственно

Структуры соединений llc-d предложены на основании анализа ЯМР спектров 'Н и 13С В спектрах ЯМР 'Н обоих соединений наблюдаются сигналы от двух неэквивалентных пиперазиновых групп Спектры ЯМР |3С содержат 39-40 сигналов от $р2-гибридизованных атомов углерода, включая пики пиридильных и пиримидинильных групп, что доказывает С2 или Cs симметрию молекул (несколько пиков случайно наложились) Для соединений C70[NR.2]2O невозможно предложить какую-либо структуру с С2 симметрией, аминные группы в которой были бы неэквивалентны Поэтому соединения llc-d должны иметь С,-симметричную структуру, где две аминные группы лежат в плоскости симметрии и потому структурно неэквивалентны Атом кислорода должен быть также расположен в плоскости, образуя либо эпоксид, либо внутримолекулярный эфир

(' i

160 150 140 130 ' 120 ' 110 ' 100 ' 90 80 ' 70 ' 60 ' 60

S, ррт

Рисунок 3. Спектры ЯМР 13С 11с (внизу) н Зс (вверху)

Символом "* " отмечены яр3-атомы углерода каркаса фуллерена, "х " - атомы углерода пиперазинового цикла и "#" - эр2-атомы углерода пиримидинового чикла

п

Интерпретация спектров ЯМР 13С становится более понятной, если сравнить их со спектрами подобных производных [60]фуллерена - Зс-d Важным является положение сигналов зр3-гибридных атомов углерода фуллеренового каркаса, к которым присоединены аминогруппы Для соединений Зс-d эти сигналы в спектрах наблюдаются при 73 5-73 б мд , что близко к литературным данным для различных метано- и пирролидино[60]фуллеренов Однако в спектрах соединений llc-d сигналы sp3-aTOMOB углерода находятся в диапазоне 97-100 мд Таких сигналов в каждом случае два, и они смещены в слабое поле на 25-30 мд в сравнении с соединениями Зс-d Потому очевидно, что в llc-d должна быть электроноакцепторная группа, такая как эфирный кислород, связанная с sp1-атомами углерода, несущими аминные группы

На основании спектроскопических данных можно предложить структуру соединений llc-d, содержащую фрагмент внутримолекулярного простого эфира Предложенная нами структура удовлетворяет составу, определенному по данным электроспрей масс-спектрометрии, и объясняет характер фрагментации

Соединения llc-d имеют такую же 68-электронную тг-систему, как и другие производные С70, полученные присоединением органических аддендов по 1,2-связи углеродного каркаса Спектр поглощения llc-d полностью совпадает со спектром 1,2-С70Н2 и другими замещенными 1,2-дигидро[70]фуллеренами, описанными ранее В тоже время, спектр поглощения llc-d сильно отличается от спектра 5,б-дигидро[70]фуллеренов, которые обычно образуются вместе с 1,2-изомерами

Соединения llc-d были исследованы также с использованием двумерных корреляционных Н-Н (COSY) и Н-С (HSQC) спектров ЯМР Двумерные спектры однозначно подтвердили отнесение сигналов двух неэквивалентных пиридильных групп в 1D спектрах ЯМР 'Н и С Важно, что пики, наблюдающиеся при 97-100 в спектре ЯМР 13С (помечены символом «*»), действительно относятся к атомам углерода, не связанным с протонами, тек двум зр3-гибридным атомам углерода фуллеренового каркаса

Предложен механизм радикальной реакции С70 с аминами, приводящей к образованию соединений состава С7о[амин]20, ключевые стадии которого аналогичны механизму реакции аминов с фуллереном С7о Детали механизма обсуждаются в полном тексте диссертации

5 Реакции галогенфуллеренов С60С16, С60С124, С6оС130, С60Р36 со вторичными аминами

Реакция хлорфуллереиа Сг,оС1г, с И-замещепными пиперазинами

Галогенофуллерены могут быть удобными прекурсорами для получения органических производных фуллерена при замещении атомов галогена на подходящие функциональные группы Симметричная структура молекулы хлорфуллереиа СбоСЦ и небольшое число присоединенных галоидов позволяет селективно замещать их различными нуклеофилами Важно также, что в производных фуллерена, полученных из СбоС1б, все адденды расположены вокруг одного пятичленного цикла, оставляя большую часть каркаса свободной

В работе впервые установлено, что СбоС1б легко реагирует с алифатическими аминами, в частности, М-замещенными пиперазинами 1а-Г с образованием смеси продуктов

; СгаС!6 к,со3

toluene 80"

Зс- 20% 3d-10% 3f- 5%

12с,d

а —СН3

с

d -O

P

f -Л /

Схема 5

Реакция С6оС16 с 1-метилпиперазином дает продукт брутто-состава С60(1-метилпиперазинил).! 5, представляющий смесь соединений, не разделяющихся колоночной хроматографией Электроспрей масс-спектр этого продукта позволил достоверно установить присутствие аминофуллерена (Сбо(1-метилпиперазиннл)2, в качестве основного компонента, а также Сбо(1-метилпиперазинил)ОН, С6о(1-метилпиперазинил)40 и С6о(1-метилпиперазинил)зОН как минорных

Использование в качестве реагентов менее основных пиперазинов 1 с-Г позволило провести хроматографическое разделение продуктов реакции и выделить диаминофуллерены Зс-f и полиаминофуллерены 12c-f Полиаминофуллерены элюируются в виде отдельных четких фракций Спектры ЯМР 'н и 13С показали, что эти фракции содержат несколько компонентов Электроспрей масс-спектр 12с представлен сигналами ионов [С60(4-(2-

пиридил)пиперазин-1-ил)б Н]+ и [Сбо(4-(2-пиридил)пиперазин-1-ил)б 2Н]2+, а также малоинтенсивными пиками, относящимися к соединениям с меньшим числом аминогрупп

Синтетическая ценность реакции С6оС1б с аминами состоит, в частности, в возможности получения диаминофуллеренов За-с Эти соединения синтезированы и непосредственно из С6о, но с меньшим выходом (см выше) Особенно важно, что из СбоС1б могут быть получены диаминофуллерены, которые не образуются в реакции С60 с аминами, например, диаминофуллерен 3d В фотохимической реакции Id с Сбо происходит отщепление трет-бутоксикарбонильной группы и образуется соединение 4

Важный результат исследованной реакции - образование с высокими выходами (около 60-70 %) полиаминофуллеренов, у которых, вероятно, все аминные группы располагаются на одной полусфере фуллеренового каркаса (подобно атомам хлора в исходном СвоС1б) Полиаминофуллерены 12c-f легко растворяются в органических и неорганических кислотах, образуя соответствующие соли Однако эти соли, в отличие от 5с и 5е, подвергаются гидролизу и сольволизу, что затрудняет их использование в качестве водорастворимых соединений фуллеренов Возможно, такое поведение связано с большей стерической напряженностью структур 12c-f в сравнении с 2с-е, содержащих 5-6 объемных аддендов Введение менее объемных аминогрупп, возможно, повысит устойчивость соединений

Реакции высших галогенфуллеренов с N-замещенными ттеразинами Хлорфуллерены С60С130 и СбоС124> как и С6оС16, реагируют с аминами Реакции приводят к смеси полиаминофуллеренов CeofNRR'jv, их брутто-состав установлен из данных химического анализа (Таблица 2)

Таблица 2

Брутто-состав продуктов реакций галогенфуллеренов с пнперазинамп

Амин СбоС1г4 СеоСЬо Сео^зб

НМ^_^N-CHj С60(амин)зб С6о(амин)84 C6o(aMHH)79F73

Hi/ \|—Q С60(амин)71 С6о(амин)б6 С6о(амин)6 6F5,

Число аминных аддендов всегда меньше, чем число атомов галогена в исходном галогенфуллерене Следует подчеркнуть, что полученные аминофуллерены не содержат атомов хлора на фуллереновом каркасе, в то время как из фторфуллерена С60Рзб образуются соединения, содержащие фтор

16

Пиперазин-содержащие полиаминофуллерены легко образуют соли с органическими и неорганическими кислотами, обладающие высокой растворимостью в воде (>100 мг/мл) Фторсодержащие водорастворимые соединения могут быть использованы для доставки фтора в костную ткань, что важно, например, при терапии остеопороза

6. Реакция взаимопревращения 1,4-диам1шофуллеренов Попытка использовать диаминофуллерен Зс как субстрат в фотохимической реакции с ТМ-замещенными пиперазинами 1с1-Г привела к неожиданному результату вместо тетрааминопроизводных с различными аминогруппами были получены диаминофуллерены Зс1-Г с выходами более 50%

R=

N—

d -< /

N—'

f YH

Схема 6

Первоначально синтезы проводили по стандартной методике - облучали реакционную смесь на воздухе в течение нескольких часов Дальнейшие исследования показали, что превращение 1,4-диаминофуллеренов протекает также эффективно при комнатной температуре даже в отсутствии света и воздуха Реакция протекает и в обратном направлении Например, 3d в реакции с избытком >]-(2-пиридил)пиперазина дает Зс и смесь изомерных тетра- и даже гексааминофуллеренов Такой же состав продуктов получен и в контрольном эксперименте при взаимодействии Зс с М-(2-пиридил)пиперазином Превращение 3d в 3f и наоборот происходит гладко и не дает большого количества побочных продуктов полиприсоединения

Таким образом, впервые было достоверно установлено протекание обратимого замещения аминогрупп на фуллереновой сфере Однако не все аминофуллерены вступают в эту реакцию Например, замещение аминогрупп не наблюдается в соединениях 2с и 11с Наиболее вероятно, что легкое замещение

аминных групп связано со специфичностью молекулярной структуры 1,4-диаминофуллеренов

Мы полагаем, что первая стадия реакции - присоединение Я^МН к 1,4-СбоР^ЛгЬ - приводит к «аллильному» интермедиату А Последующий перенос водорода приводит к превращению А в В, а дальнейшее элиминирование ТУЧН завершает замещение одной аминной группы на другую Все стадии предполагаемого механизма обратимы Потому избыток того или иного амина смещает равновесие реакции в ту или иную сторону

Схема 7

Таким образом, найдена новая реакция исключительно легкого замещения аминных групп в карбоциклических системах Можно ожидать, что взаимодействие 1,4-диаминофуллеренов будет протекать и с другими нуклеофилами и эта реакция найдет более широкое синтетическое применение 7. Получение иоликарбоксильных производных из С6оС1б Наибольшее число биологических исследований выполнено с карбоксильными соединениями фуллеренов состава Сбо[С(СООН)г]з и дендро[60]фуллереном с 18 карбоксильными группами Синтез этих соединений осуществляется в несколько стадий с относительно низкими общими выходами (10-20%), что ограничивает их применение

В данной работе разработан простой способ, позволяющий из хлорфуллерена С60С16 с высокими выходами получать водорастворимые фуллерен-содержащие поликарбоновые кислоты Для этой цели модифицирована описанная ранее реакция арилирования СбоС1б по Фриделю-Крафтсу, в качестве реагентов использовали метиловые эфиры фенилуксусной и бензилмалоновой кислот

R.

14a r=coom? Hb R=CH(COOMs);

Схема 8

Обнаружено, что хлорбензол и 1,2-дихлорбензол конкурируют с 13и-Ь в реакции с С{,оС1(„ потому синтезы не могут проводиться в этих растворителях. Нитробензол оказался оптимальным растворителем, так как' он не и ступает в реакцию с С^С!,, и позволяет получать !4:¡-b с высокими выходами. Следует отметить, что, в отличие от всех других описанных производных Cfi0ArsCI, соединения 14a-lt были выделены без использования дорогостоящего и трудоемкого метода ВЖХ. Состав и строение 14п-Ь подтвержден е непользованием масс-СпектромеТр и И (матричная ионизация) и спектроскопии ЯМР (ti......... спектры представлены на рисунке).

С помощью масс-спектрометрии установлено, что наряду с 14а в реакции образуются с выходами 1-3% соединения Сбо(СбН4 С Н^С О О М e)¿ и Cw(C6H,CH,COOMe)4, которые выделены с высокой степенью чистоты методом колоночной хроматографии.

а

Wim*.

nijij 170Р 4Q|> lifis 18№ ígOO

"Г'I

leo но 120 ico so so ю ppm

Рисунок 4. Спектр Я M Р |3С 14а. 11а веч явке пока яш масс-спектр

Гидрочиз эфирных групп в \4a-b и выделение почнкарбоновых кислот 15а-Ъ Гидролиз сложноэфирных групп производных фуллерена является достаточно сложной задачей Поскольку фуллереновый каркас подвергается быстрому и необратимому полигидроксилированию в щелочной среде, омыление эфирных групп весьма затруднительно Описано превращение сложных эфиров на основе фуллеренов в соответствующие кислоты при обработке гидридом натрия (ЫаН) с последующим гашением реакционной смеси метанолом Гидролиз эфира 14а таким методом дает смесь продуктов, что подтверждено методами матричной масс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР Известен способ гидролиза фуллерен-содержащих эфиров с использованием (СН3)38|1 в качестве реагента, однако, 14а не гидролизуется полностью даже после 5 дней взаимодействия с (СН3)з511 (в СС14 при 50 °С)

1) NiH toluun. 2} МеОН HCl

14а-

Смесь продуктов

CF СООН СН СООН HCl Н О PhCI

r-j^sii cciÄ Смесь 5 Ii 60 С продуктов

14b

CFjCOOH CHjCOOH HCl H О PliCI

.Р^соон

Схема 9

Описан гидролиз соединений фуллерена, содержащих сложноэфирные группы, при длительном кипячении со смесью 1,2-дихлорбензол-НО-СНзСООН, что приводит к соответствующим кислотам Мы модифицировали этот метод и превратили 14а-Ь в кислоты 15а-Ь почти с количественными выходами (>85%, Схема 9)

Электроспрей масс-спектр высокого разрешения соединения 15а содержит интенсивные сигналы при m/z=1412 20 ([15а-С1+ОН]), 1396 22 ([15а-С1+Н]), 705 60 ([15а-С1+0]2"), 697 62 ([15а-С1]2"), которые соответствуют ожидаемым продуктам фрагментации 15а, а также частицам, образующимся при окислении в процессе ионизации

а Ь

I, ррт

Рисунок 5. Электроспрен масс-спектр (а) и спектр ЯМР13С (Ь) 15а

Чистота 15а подтверждается спектрами ЯМР Спектр ЯМР 13С содержит 44 сигнала, принадлежащих зр2-атомам углерода фуллеренового каркаса, -СООН группам и арильным аддендам, что подтверждает С5-симметрию молекулы Сигналы при 57 88, 60 59 и 63 16 мд принадлежат эр^атомам углерода, несущим арильные группы Пик при 76 42 мд соответствует Бр1-атому углерода каркаса с присоединенным атомом хлора Отсутствие сигналов групп СН30- доказывает, что гидролиз прошел полностью Помимо 15а в литературе описано лишь три поликарбоксильных соединения фуллерена, состав и строение которых достоверно подтверждены спектрами ЯМР 13С

В электроспрей масс-спектре 15Ь обнаружены пики нескольких основных компонентов Один из них соответствует ожидаемому соединению 15Ы (т/г=1720 32) Два других компонента - 15Ь2 (1676 33) и 15ЬЗ (1632 29) -образуются из 15Ы при отщеплении одной или двух карбоксильных групп, соответственно Такое легкое декарбоксилирование характерно для замещенных малоновых кислот Спектр ЯМР ,3С также подтвердил, что в образце 15Ь присутствует, по меньшей мере, три компонента Сходство молекулярных структур 15Ы-15ЬЗ позволяет ожидать, что свойства этих соединений также будут близки

Кислоты 15а-Ь почти нерастворимы в воде Однако они легко растворяются в 1-2 каплях ДМСО и даже при неограниченном разбавлении водой (>100 объемов по отношению к объему ДМСО) не выпадают в осадок Превращение 15а-Ь в соответствующие натриевые или калиевые соли сильно увеличивает их растворимость в воде

Соли получали добавлением концентрированного раствора 15а или 15Ы-3 в

ТГФ или другом гидрофильном растворителе (ДМСО, 1,4-диоксане, ацетоне) к

21

водному раствору, содержащему рассчитанное количество М2СОз (М=№, К) Концентрирование полученного раствора приводит к ярко-оранжевым аморфным порошкам калиевых или натриевых солей

8. Растворимость солей аминофуллеренов и поликарбоксильных соединений

в воде

Для полученных соединений фуллерена Сбо оценена растворимость в дистиллированной воде при рН^ 0 (Таблица 3) Обнаружено, что почти все соединения обладают высокой растворимостью (>50 мг/мл) и дают достаточно концентрированные растворы с практически нейтральным рН Таким образом, степень гидролиза солей в водных растворах невелика, что свидетельствует о том, что аминофуллерены являются достаточно сильными основаниями, а карбоксильные соединения 15а-Ь - достаточно сильными кислотами

Таблица 3

Данные о растворимости полученных солей в воде

Соединение Растворимость в воде

мг/мл

5а 260±30

5с 70±10

5е 140±20

6а 10±2*

6с 5±1*

16а 55±10

16Ь 150±20

* Соединение необходимо смочить одной капчеи ДМСО перед добавлением воды

Водные растворы соединений стабильны в течение длительного времени (1

месяц) Исключение составляют соли ]Ч-метилпиперазиновых аддуктов, которые в

растворе подвергаются медленному гидролизу с образованием аморфных осадков

гидроксилированных продуктов

Важным свойством соединений фуллеренов является их агрегация в водных

растворах в нанокластеры из-за гидрофобного взаимодействия фуллереновыч

сфер Как правило, малорастворимые соединения фуллеренов агрегированы

нацело, их кластеры нестабильны в растворах и постепенно осаждаются Мощная

агрегация соединений фуллеренов препятствует их прохождению через

биологические мембраны и сильно снижает их активность (выделение

22

синглетного кислорода, ингибирование ферментов ВИЧ, способность поглощать свободные радикалы) Сольватация препятствует ассоциации молекул соединения фуллерена в нанокластеры, а повышение концентрации раствора приводит к увеличению степени агрегации

Об образовании нанокластеров из соединений фуллеренов в полярных растворителях свидетельствует уширение спектров поглощения и значительный батохромный сдвиг полос (на 50-200 нм) На рисунке 6 сопоставлены спектры поглощения водных растворов солей 5с и 16а со спектрами тетрааминофуллерена 2с и эфира 14а в толуоле, соответственно

00-

2с; -5с!

16а 14а

600 700

/ пт

еос 7сп > пт

I)

Рисунок 6. Спектры поглощения 2с в толуоле п 5с в воде (а); 14а в толуоле н 16а в воде (Ь).

Соединения 2с и 14а имеют одинаковые сопряженные л-системы потому их спектры очень похожи Присутствуют четкие максимумы при 383, 431 и 462 нм В спектрах 5с и 16а максимумы сглаживаются, однако существенного батохромного сдвига не наблюдается Подобное изменение спектров свидетельствует о некоторой агрегации в водных растворах, но образования больших кластеров не происходит Этим полученные в данной работе соединения существенно отличаются от большей части описанных в литературе водорастворимых производных фуллеренов Агрегация в случае 5с и 16а может быть связана с тем, что гидрофильные группы располагаются лишь на небольшом участке фуллеренового каркаса, тогда как большая часть гидрофобной сферы С60 остается свободной

9. Противовирусная активность полученных соединений фуллеренп

Противовирусная активность п ол I I карбоксилы: ых производных фу л дерена См Отличительная особенность молекул 15а-Ь состоит в том. что все органические адденды располагаются вокруг одного пятичленкого кольца, занимая небольшую часть фуллеренового каркаса. Большая часть фуллеренового каркаса свободна и доступна для взаимодействия с биологическими мишенями. I 1оэтому соединения 15а и 151) 1-3 являются хорошими моделями для исследования биологической активности фуллеренов.

-■С А. Г

Л-гУ/Й IыУ-

Рисунок 7 Трехмерные модели соединения 15а

Выло проведено предварительное тестирование калиевых солей 16а и 161» кислот 15а и 15Ь1-3, соответственна! Исследования выполнены на культурах клеток лимфоцитов (СЕМ) и штаммах ВИЧ-1 и ВИЧ-2Результаты представлены в таблице 4 в сравнении с литературными данными для изомерных биспирролидинофуддеренОЙ 17 и 18, относящихся к наиболее сильным известным ингибиторам ВИЧ на основе фуллеренов.

Как видно из таблицы 4, соединения 16а и 161> обладают ярко выраженной активностью против обоих штаммов ВИЧ. Абсолютные значения 1С50 для 16а в 36 раз выше, чем для 17 и 18. Однако 16а в 6-20 раз менее токсичен, чем 17 и 18, Поэтому соотношение СС$о1\С$в составляет > 52 для 16а (ВИЧ-1), тогда как для соединений 16 и 17 эти значения равны лишь 14 и 26, соответственно. Таким образом, 16а можно рассматривать как более селективный ингибитор ВИЧ на основе фуллерена. Особо следует отметить, что синтез 16а прост, выход продукта в несколько раз выше, чем в синтезах биспирролидипофуялерепов, и для выделения Соединений не требуется трудоемкая высокоэффективная жидкостная хроматография. Растворимость 16а в воде примерно в 100 раз выше растворимости биспиррол идинофуллеренов, что обеспечивает возможность легкого внутривенного введения этого соединения. В то же время, 16а может

' Исследования выпфгоены и лаборатории проф. >3. Балыарнни (Сельгия)

24

быть хорошим стартовым соединением для дальнейшего дизайна поликарбоксильных соединений фуллеренов, более активных по отношению к ВИЧ

Таблица 4

Активность соединений против ВИЧ

СС50 (цМ) ВИЧ-1 ВИЧ-2

Соединение 1С50 СС50/ 1С50 СС50/

(цМ) 1С50 (цМ) 1С50

•к ооа ^ ^—соо к* 7 -^-¡-^соо к*

^ОУ,^' СООК- 16. СЪсоок- >63 1 2±0 44 >52 4 4±0 9 >14

.коос СООкХзб

>48 2 72±07 >17 8 5±4 2 >6

0 2 16Ы-3

н,сч ХСН,

17 (1>ап\-2) нДн; 2 93 0 21 14 0 2-1 0 3-14

н3сч уСН, I©

СН3 9 04 0 35 26 0 7 13

18 (тпп-З)

1С50 — концентрагцт препарата, необходимая дчя загциты 50% кпетон от вир\са СС50 — концентрация препарата, вызывающая еибепь 50% клеток

Противовирусная активность атшопроизводных фучлерена Са1

Тесты на анти-ВИЧ активность выполнены для солей некоторых аминопроизводных фуллеренов, брутто-состав которых рассчитан из данных элементного анализа (Таблица ЗТаблица ) Водорастворимые соединения на основе аминофуллеренов либо вообще не активны против ВИЧ (1С50 > 9 р.М), либо обладают высокой токсичностью по отношению к клеткам Т-лимфоцитов

Таблица 5

Анти-ВИЧ активность аминопронзводных фуллеренов

Соединение IC50 (цМ) СС50 (цМ)

ВИЧ-1 ВИЧ-2

Сбо[4-метилпиперазин-1-ил]3 80 4 5НС1 (5а) >1 6 >7 8 6 4±3

Сбо(4-метилпиперазин-1-ил)79р7з 8 ЗНС1 14,1 ±5 5 >25 7 53 5±7 1

С6о(4-(2-пиридил)пиперазин-1-ил)40 7 8НС1 (5с) >150 >150 >150

С60 (4-метилпиперазин-1 -ил)7 ч(ОН)7 i(HF)7 3 42 3±20 >56 >56

Сбо(4-(2-пиридил)пиперазин-1-ил)40 5 2СН31 (6с) 2 4±0 7 >9 4 24 5±1 6

С6о(4-метилпиперазин-1-ил)з 6 5 ЗСН31 (6а) >9 9 >9 9 23 2±4 3

Сбо[4-метилпиперазин-1-ил]з80 3 5СН31 >2 5 >2 5 75

Таблица 6 Активность рибавприна и соединения 6а против ряда вирусов

Вирус/клетки 6а Рибавирин

IC50 (цМ) СС50 (ЦМ) IC50 (цМ) СС50 (цМ)

Реовирус-1 / Vero 5 124 50 >250

Синдбис /Veto 5 124 >250 >250

Вирус везикулярного стоматита / HeLa 5 25 30 >250

Простой герпес типа1 / HEL - - 250 >250

Корона-вирус (SARS) / Vero 4 9±0 6 >62 - -

Корона-вирус кошачий / Vero 12 4±1 2 >62 - -

Результаты тестов против ряда других вирусов представлены в таблице б для аминопроизводного 6а, показавшего наилучшую эффективность Для сравнения в таблице приведены данные для медицинского препарата «рибавирин» Видно, что аминофуллереновое производное существенно активнее по отношению к реовирусу-1 и вирусу Синдбис по сравнению с рибавирином, хотя обладает несколько большей токсичностью Соединение показало также хороший результат при ингибировании вируса везикулярного стоматита, но

недостатком является его высокая токсичность

26

выводы

1 Разработаны эффективные методы получения аминопроизводных С6о и С7о, основанные на реакциях фотохимического радикального присоединения вторичных аминов к фуллеренам С60 и С70 и нуклеофильного замещения атомов галогенов в галогенфуллеренах CeoCU, С60С124, С6оСЬо, C6oF36 на аминные группы Впервые обнаружена реакция обратимого замещения аминных групп на фуллереновой сфере С60 Разработан метод получения (с высокими выходами) поликарбоксильных производных фуллерена С6о, содержащих 5-10 карбоксильных групп Выделено и охарактеризовано 11 новых производных фуллерена Предложены механизмы изученных реакций

2 Проведен комплекс исследований соединений фуллеренов физическими методами, включающими ИК- и УФ-спектроскопию, масс-спектрометрию, спектроскопию ЯМР на ядрах 'Н и ,3С, а так же двумерную Н-Н (COSY) и Н-С (HSQC) корреляционную спектроскопию ЯМР

3 Получены первые аминопроизводные [70]фуллерена имеющие состав С7о(амин)20 и являющиеся внутримолекулярными простыми эфирами Доказано, что в тетрааминопроизводных состава С6о(амин)40 все адденды располагаются вокруг одного пятичленного цикла фуллеренового каркаса, а в диаминопроизводных С60(амин)2 две аминогруппы присоединены в положениях 1,44 Впервые предложены методы превращения аминопроизводных фуллерена С(,о

и поликарбоксильных соединений в водорастворимые соли (аммонийные и с катионами щелочных металлов, соответственно) Показано, что соединения образуют истинные растворы в воде, устойчивые во времени Растворимость солей аминофуллеренов и поликарбоксильных производных в воде достигает 200 мг/мл при рН=7 0 Такая растворимость позволяет использовать эти соединения для биологических испытаний и медицинских приложений

5 Обнаружена противовирусная активность полученных соединений Поликарбоксильные производные фуллерена Сбо подавляют вирусы ВИЧ-1 и ВИЧ-2 и обладают низкой токсичностью Соли аминофуллеренов ингибируют реовирус-1 и вирус Синдбис, превосходя по активности медицинский препарат рибавирин

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 О A Troshina, Р A Troshin, A S Peregudov, V I Kozlovskiy, R N Lyubovskaya ' Photoaddition of N-substituted piperazmes to C6o an efficient approach to synthesis of water-soluble fullerene derivatives", Chem Eur J 2006, 12, 5569-5578

2 О A Troshina, P A Troshin, A S Peregudov, R N Lyubovskaya, "Unexpected Interconversion of 1,4-Diaminofullerenes Org Biomol Chem 2006,4, 1647-1649

3 О A Troshina, P A Troshin, A S Peregudov, V I Kozlovskiy, R N Lyubovskaya, "CyofNRjhO The First C70 Intramolecular Ethers Bearing Two Amine Groups", Eur J Org Chem 2006, 5243-5248

4 О A Troshina, P A Troshin, A S Peregudov, E M Balabaeva, V I Kozlovskiy, R N Lyubovskaya,' Reactions of chlorofullerene C6oCl6 with N-substituted piperazmes Tetiahedron 2006, 62 10147-10151

SPA Iroshin, О A Troshina, S M Peregudova, E I Yudanova, A G Buyanovskaya, D V Konarev, A S Peregudov, A N Lapshin, RN Lyubovskaya, Chemical and electrochemical reduction ot the highly chlorinated fullcrenes С6оС1г4 and C60C130 , Mendeleev Commun 2006, 206-208

6 О A Troshina, P A Tioshin, A S Peregudov, RN Lyubovskaya, Lead (IV) acctate an efficient reagent lor synthesis of pyrrolidmofullerenes via oxidative coupling of C60 with esters of ammo acids Mendeleev Commun 2007, 17, 113-115

7 Pavel A Troshin. Olesya A Androsova, Alexander S Peregudov, Alexander N Lapshm and Rimma N Lyubovskaya, "Synthesis of fullerene derivatives for material science and medicinal applications' 7th Biennial International Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters" St Petersburg, June 27 - July 1, 2005 Book of abstracts p 32

8 Olesya A Androsova Pavel A Troshin, Alexander S Peregudov and Rimma N Lyubovskaya, ' Synthesis of water-soluble fullerene derivatives from chlorofullerene C6oCl6" 7th Biennial International Workshop 'Tullerenes and Atomic Clusters' St Petersburg lune 27 - July 1, 2005 Book of abstracts, p 116

9 Olesya A Androsova Pavel A Troshin, A G Buianovskaya, Alexander S Peregudov and Rimma N Lyubovskaya, "Reactions of higher fullerene hahdes СбоС124, CeoCljs, СбоОзо and CmFis with amines a promising synthetic route to water-soluble fullerene derivatives" 7th Biennial International Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters' St Petersburg, June 27 - July 1, 2005, Book of abstracts, p 117

10 Olesya A Androsova Pavel A Troshin, Alexander S Peregudov and Rimma N Lyubovskaya, "Syntesis of highly water-soluble piperazine derivatives ot [60]fullerene" 7th Biennial International Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters" St Petersburg, lune 27 - July 1, 2005, Book of abstracts, p 118

11 О А Трошина, П А Трошин, P H Любовская «Водорастворимые производные фуллеренов - потенциальные медицинские препараты» сборник проектов 10" -международной семинар-ярмарке «Российские технологии для индустрии», Санкт-Петербург 1-3 ноября 2006 г, с 72

Заказ № 222/04/07 Подписано в печать 25 04 2007 Тираж 100 экз Уел пл 1,75

ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 \v\vw с/г ги, е-тш1 т/о@с/г ги

1. Введение.

2. Литературный обзор.

2.1. Синтез водорастворимых соединений на основе фуллеренов.

2.1.1 Классификация водорастворимых производных фуллеренов.

2.1.2 «Условно водорастворимые» производные фуллеренов.

2.1.3 «Истинно водорастворимые» производные фуллеренов.

2.2. Биологическая активность производных фуллеренов.

2.2.1 Токсичность производных фуллерена, выведение их из организма.

2.2.2 Взаимодействие производных фуллеренов с ферментами ВИЧ.

2.2.3 Перспективы создания противораковых препаратов на основе фуллеренов.

2.2.4 Производные фуллерена как антиоксиданты и нейропротекторы.

2.2.5. Антибиотики и фунгициды на основе производных фуллеренов.

2.2.6. Контрастные агенты для рентгеновской- и ЯМР-томографии на основе производных фуллеренов.

Интенсивное изучение свойств фуллеренов их производных в течение последнего десятилетия позволило найти многие области их возможного практического использования. Одним из наиболее интересных направлений является исследование биологической активности производных фуллеренов [1].

Фуллерен Сво и многие его производные обладают необычными фотофизическими свойствами. Например, поглощение света в ультрафиолетовой и в видимой областях приводит к образованию долгоживущего возбужденного триплетного состояния. При переносе энергии с возбужденной молекулы фуллерена на молекулу кислорода образуется высоко реакционноспособная частица - синглетный кислород. Квантовый выход фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода с участием фуллерена достигает 96-99%. Это свойство фуллеренов потенциально может быть использовано для фотодинамической терапии раковых опухолей. Обнаружено также, что некоторые соединения фуллеренов действуют на раковые клетки непосредственно, без участия кислорода, и могут выступать в качестве химиотерапевтических препаратов[2-4].

Размер и форма углеродного каркаса в молекулах Сво и С70 достаточно точно совпадает с размером и формой активного центра ряда ферментов. Поэтому некоторые соединения фуллеренов аллостерически ингибируют ферменты ВИЧ (ВИЧ-протеазу и обратную транскриптазу), что делает их перспективными для создания медицинских препаратов для борьбы со СПИДом [5-7].

Высокая способность фуллеренов улавливать свободные радикалы (эффект «радикальной губки») может быть использована при создании антиоксидантов нейрозащитного действия. Соединения фуллерена, введенные в организм животных, значительно повышают их устойчивость к оксидативным стрессам и препятствуют протеканию нейродегеративных процессов. Возможно, систематический прием таких препаратов поможет снизить риск возникновения заболеваний человека, связанных с высоким уровнем свободных радикалов в организме (например, болезнь Паркинсона и синдром Альцгеймера) [8].

Водорастворимые производные фуллеренов, обогащенные йодом или содержащие атомы металлов внутри углеродного каркаса, исследуются в качестве контрастных агентов в рентгеновской и магнитно-резонансной томографии [9-10].

Выявлена бактериостатическая, и даже бактерицидная активность некоторых водорастворимых производных фуллеренов; это в перспективе может дать начало антибиотикам, предназначенным для борьбы со специфическими группами микроорганизмов [3,11].

Приведенные примеры указывают на большой потенциал развития медицинской химии фуллеренов. Основной проблемой сегодня является малая доступность высоко растворимых в воде (более 1 мг в 1 мл) соединений фуллеренов с однозначно установленным составом и строением.

Целью данной работы стала разработка эффективных методов синтеза различных типов высоко водорастворимых соединений фуллеренов в макроколичествах, исследование физико-химических свойств и противовирусного действия полученных соединений.

2. Литературный обзор

5. Выводы

1. Разработаны эффективные методы получения аминопроизводных Сбо и С70, основанные на реакциях фотохимического радикального присоединения вторичных аминов к фуллеренам Сбо и С70 и нуклеофильного замещения атомов галогенов в галогенфуллеренах СбоС1б, СбоСЫ, С6оС1зо, C60F36 на аминные группы. Впервые обнаружена реакция обратимого замещения аминных групп на фуллереновой сфере Сбо. Разработан метод получения (с высокими выходами) поликарбоксильных производных фуллерена Сбо, содержащих 5-10 карбоксильных групп. Выделено и охарактеризовано 11 новых производных фуллерена. Предложены механизмы изученных реакций.

2. Проведен комплекс исследований соединений фуллеренов физическими методами, включающими ИК- и УФ-спектроскопию, масс-спектрометрию, спектроскопию ЯМР на ядрах *Н и 13С, а так же двумерную Н-Н (COSY) и Н-С (HSQC) корреляционную спектроскопию ЯМР.

3. Получены первые аминопроизводные [70]фуллерена имеющие состав С?о(амин)20 и являющиеся внутримолекулярными простыми эфирами. Доказано, что в тетрааминопроизводных состава Сбо(амин)40 все адденды располагаются вокруг одного пятичленного цикла фуллеренового каркаса, а в диаминопроизводных Сбо(амин)г две аминогруппы присоединены в положениях 1,4-.

4. Впервые предложены методы превращения аминопроизводных фуллерена Сбо и поликарбоксильных соединений в водорастворимые соли (аммонийные и с катионами щелочных металлов, соответственно). Показано, что соединения образуют истинные растворы в воде, устойчивые во времени. Растворимость солей аминофуллеренов и поликарбоксильных производных в воде достигает 200 мг/мл при рН=7.0. Такая растворимость позволяет использовать эти соединения для биологических испытаний и медицинских приложений.

5. Обнаружена противовирусная активность полученных соединений. Поликарбоксильные производные фуллерена Сбо подавляют вирусы ВИЧ-1 и ВИЧ-2 и обладают низкой цитотоксичностью. Соли аминофуллеренов ингибируют реовирус-1 и вирус Синдбис, превосходя по активности медицинский препарат рибавирин.

1. Osawa Ed., Kluver Academ. Publ., Dordrecht-Boston-London. 2001

2. N. Nakajima, C. Nishi, F.-M. Li, Y. Ikada. Photo-induced cytotoxicity of water-soluble fullerene. Fuller. Sci. Technol. 1996,4,1-19

3. T. Mashino, D. Nishikawa, K. Takanashi, N. Usui, T. Yamori, M. Seki, T. Endo, M. Mochizuki. Antibacterial and antiproliferative activity of cationic fullerene derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2003,13,4395-4397

4. Y. Tabata, T. Ishii, T. Aoyama, R. Oki, Y. Hirano, 0. Ogawa, Y. Ikada in "Perspectives of Fullerene Nanotechnology", E. Osawa Ed., Kluver Academ. Publ., Dordrecht-Boston-London. 2001

5. S. Bosi, T. Da Ros, G. Spalluto, J. Balzarini, M. Prato. Synthesis and Anti-HIV properties ofnew water-soluble bis-functionalized60.fullerene Derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003, 13,4437-4440

6. S. H. Friedman, P. S. Ganapathi, Y. Rubin, G. L. Kenyon. Optimizing the binding of fullereneinhibitors of the HIV-1 protease through predicted increases in hydrophobic desolvation. J. Med. Chem. 1998,41,2424-2429

7. L. L. Dugan, D. M. Turelsky, C. Du, D. Lobner, M. Wheeler, R. Almli, С. K. F. Shen, T. Y.1.h, D. Choi, T. S. Lin. Carboxyfullerenes as neuroprotective agents.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997,94,9434-9439

8. T. Wharton, L. J. Wilson. Highly-iodinated fullerene as a contrast agent for X-ray imaging.

9. Bioorg. Med. Chem. 2002,10, 3545-3554

10. M. Mikawa, H. Kato, M. Okumura, M. Narazaki, Y. Kanazawa, N. Miwa, H. Shinohara. Paramagnetic water-soluble metallofullerenes having the highest relaxivity for MRI contrast agents. Bioconjugate Chem. 2001,12, 510-514

11. S. Bosi, T. Da Ros, S. Castellano, E. Bafni, M. Prato. Antimycobacterial activity of ionic fullerene derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2000, 10, 1043-1045

12. Y. Marcus, A. L. Smith, M. V. Korobov, A. L. Mirakyan, N. V. Avramenko, E. B. Stukalin. Solubility of C-60 fullerene. J. Phys. Chem. В 2001,105,2499-2506

13. M. V. Avdeev, A. A. Khokhryakov, Т. V. Tropin, G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov, L. I.

14. Derevyanchenko, L. Rosta, V. M. Garamus, V. B. Priezzhev, M. V. Korobov, V. L. Aksenov. Structural features of molecular-colloidal solutions of C-60 fullerenes in water by small-angle neutron scattering. LANGMUIR 2004,20,4363-4368

15. M. А. Юровская, И. В. Трушков Изв. Акад. Наук, Сер. Хим. 2002, 343 (Russ. Chem. Bull., Int. Ed., 2002,51,367).

16. И. П. Романова, О. Г. Синяшин, Г. Г. Юсупова, В. И. Коваленко, Ю. Я. Ефремов, Ю. В. Бадеев, И. И. Вандюкова, И. А. Аркелян Изв. Акад. Наук, Сер. Хим. 1999, 2168 (Russ. Chem. Bull., 1999, 48, 2144)

17. В. И. Соколов, Н. В. Абрамова, Н. С. Крущева, С. М. Перегудова. Изв. Акад. Наук, Сер. Хим. 2003,2612 (Russ. Chem. Bull., Int. Ed., 2003,52,2764)

18. A. W. Jensen, S. R. Wilson, D. I. Shuster. Biological applications of fullerenes. Bioorg. Med. Chem. 1996,4, 767-779

19. T. Da Ros, M. Prato. Medicinal chemistry with fullerenes and fullerene derivatives. Chem. Commun.1999, 663-669

20. N. Tagmatarchis, H. Shinohara. Fullerenes in medicinal chemistry and their biological applications. MiniRew. Med. Chem., 2001,1,339-348

21. И. А. Нуретдинов, В. П. Губская, JI. Ш. Бережная, А. В. Ильясов, Н. М. Азанчеев, Синтез фосфорилированных метанофуллеренов. Изв. АН. Сер. Хим. 2000, 49, 20832086

22. F. Cheng, X. Yang, С. Fan, Н. Zhu, Organophosphorus chemistry of fullerene: Synthesis and biological effects of organophosphorus compounds of Сбо. Tetrahedron 2001,57, 7331-7336

23. T. Da Ros, M. Prato, F. Novello, M. Maggini, E. Bafni. Easy access to water-soluble fullerene derivatives via 1,3-dipolar cycloadditions of azomethine ylides to C60. J. Org. Chem. 1996, 61, 9070-9072

24. V. Tomberli, T. Da Ros, S. Bosi, M. Prato. Synthetic approaches towards the preparation of water-soluble fulleropyrrolidines. Carbon, 2000,38, 1551-1555

25. Y. H. Lee, J.-W. Shin, S. Ryu, S.-W. Lee, C. H. Lee, K. Lee. Enrichment of N-terminal sulfonated peptides by a water-soluble fullerene derivative and its applications to highly efficient proteomics. Analytica Chimica Acta 2006, 556, 140-144

26. G. Angelini, C. Cusan, P. De Maria, A. Fontana, M. Maggini, M. Pierini, M. Prato, S. Schergna, C. Villani. The associative properties of some amphiphilic fullerene derivatives. Eur. J. Org. Chem. 2005, 1884-1891

27. G. L. Marcorin, T. Da Ros, S. Castellano, G. Stefancich, I. Bonin, S. Miertus, M. Prato. Design and Synthesis of Novel 60.Fullerene Derivatives as Potential HIV Aspartic Protease Inhibitors. Org. Lett. 2000,2, 3955-3958

28. B. Illescas, R. Martinez-Alvarez, J. Fernandez-Gadea, N. Martin. Synthesis of water soluble fulleropyrrolidines bearing biologically active arylpiperazines. Tetrahedron 2003, 59, 65696577

29. C. F. Richardson, D. I. Schuster, S. R. Wilson. Synthesis and Characterization of Water-Soluble Amino Fullerene Derivatives. Org. Lett. 2000, 2, 1011-1014

30. R. F. Schinazi, R. Sijbesma, G. Srdanov, C. L. Hill, F. Wudl. Synthesis and virucidal activity of a water-soluble, configurationally stable, derivatized C60 fullerene. Antimicrob. Agents Chemoter. 1993, 37,1707-1710

31. R. Sijbesma, G. Srdanov, F. Wudl, J. A. Castoro, C. Wilkins, S. H. Friedman, D. L. DeCamp, G. L. Kenyon. Synthesis of a fullerene derivative for the inhibition of HIV enzymes. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6510-6512

32. R. F. Schinazi, C. Bellavia, R. Gonzalez, C. L. Hill, F. Wudl, Proc. Electrochem. Soc. 1995, 95-10, 696

33. T. Wharton, V. U. Kini, R. A. Mortis, L. J. Wilson. New non-ionic, highly water-soluble derivatives of C-60 designed for biological compatibility. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 51595162

34. A. Vasella, P. Uhlman, C. Waldraff, F. Diederich, C. Thilgen. Glycosylidene carbenes 9. fullerene sugars preparation of enantiomerically pure, spirolinked C-glycosides of C-60. Angew. Chem. Int. Ed. 1992, 31, 1388-1390

35. T. Wharton, L. J. Wilson. Toward fullerene-based X-ray contrast agents: design and synthesis of non-ionic, highly-iodinated derivatives of C60. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 561564

36. A. Bar-Shir, Y. Engel, M. Gozin. Synthesis and water solubility of adamantyl-OEG-fullerene hybrids. J. Org. Chem. 2005, 70,2660-2666

37. R. F. Enes, A. C. Tome., J. A. S. Cavaleiro, A. El-Agamey, D. J. McGarvey Synthesis and solvent dependence of the photophysical properties of 60.fullerene-sugar conjugates, Tetrahedron 2005, 61, 11873-11881

38. F. Cardullo, F. Diederich, L. Echegoyen, T. Habicher, N. Jayaraman, R. M. Leblanc, J. F. Stoddart, S. P. Wang. Stable langmuir and langmuir-blodgett films of fullerene-glycodendron conjugates. Langmuir 1998,14,1955-1959

39. I. Lamparth, C. A. Hirsch. Water-soluble malonic acid derivatives of C60 with a defined three-dimensional structure. Chem. Commun. 1994,1727-1728

40. R. A. Kotelnikova, A. I. Kotelnikov, G. N. Bogdanov, V. S. Romanova, E. F. Kuleshova, Z. N. Parnes, M. E. Vol'pin. Membranotropic properties of the water soluble amino acid and peptide derivatives of fullerene C60. FEBSLett. 1996,389,111-114

41. T. Mashino, K. Okuda, T. Hirota, M. Hirobe, T. Nagano, M. Mochizuki. Inhibition of E. coli growth by fullerene derivatives and inhibition mechanism. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999,9, 2959-2962

42. D. I. Shuster, S. R. Wilson, R. F. Schinazi. Anti-human immunodeficiency virus activity and cytotoxicity of derivatized buckminsterfullerenes. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1996, 6, 12531256

43. Y. Z. An, J. L. Anderson, Y. Rubin. Synthesis of a-amino acid derivatives of C60 from 1,9-(4-hydroxycyclohexano)-buckminsterfullerene. J. Org. Chem. 1993, 58,4799-4801

44. Y. Takaguchi, Y. Sako, Y. Yanagimoto, S. Tsuboi, J. Motoyoshiya, H. Aoyama, T. Wakahara, T. Akasaka. Facile and reversible synthesis of an acidic water-soluble poly(amidoamine) fullerodendrimer. Tetrahedron Lett. 2003,44, 5777-5780

45. Y. Takaguchi, Y. Katayose, Y. Yanagimoto, J. Motoyoshiya, H. Aoyama, T. Wakahara, Y. Maeda, T. Akasaka. Photoinduced Dithiolation of Fullerene60. with Dendrimer Disulfide. Chem. Lett. 2003, 32,1124-1125

46. A. Yashiro, Y. Nishida, M. Ohno, S. Eguchi, K. Kobayashi Fullerene glycoconjugates: a general synthetic approach via cycloaddition of per-o-acetyl glycosyl azides to 60.fullerene, Tetrahedron Lett. 1998, 39, 9031-9034

47. J. Cerar, J. Cerkovnik, J. Skerjanc. Water-soluble fullerenes. 1. Fullerenehexamalonic acid T-h-C-66(COOH)( 12), an intermediate spherical electrolyte. J. Phys. Chem. B., 1998, 102, 7377-7381

48. L. Y. Chiang, J. B. Bhonsle, L. Wang, S. F. Shu, T. M. Chang, J. R. Hwu. Efficient jne-flask synthesis of water-soluble 60.fullerenols. Tetrahedron 1996, 52, 4963 -4972

49. P. A. Troshin, A. S. Astahova, R. N. Lyubovskaya. Synthesis of fullerenols from halofullerenes. Fullerenes, Nanotub. Carb. Nanostruct. 2005, 13, 331-343

50. M. Brettreich, A. Hirsch. A highly water-soluble dendro60.fullerene. Tetrahedron Lett. 1998,39, 2731-2734

51. H. Isobe, H. Mashima, H. Yorimitsu, E. Nakamura. Synthesis of fullerene glycoconjugates through sulfide connection in aqueous media. Org. Lett. 2003, 5,4461-4463

52. Y.-W. Zhong, Y. Matsuo, E. Nakamura. Convergent synthesis of a polyfunctionalized fullerene by regioselective five-fold addition of a functionalized organocopper reagent to C60. Org. Lett. 2006, 8, 7, 1463-1466

53. V. K. Periya, I. Koike, Y. Kitamura, S.-I. Iwamatsu, S. Murata. Hydrophilic 60.fullerene carboxylic acid derivatives retaining the original 60n electronic sysrem. Tetrahedron Lett. 2004,45,8311-8313

54. S. Abe, H. Moriyama, K. Niikura, F. Feng, K. Monde, S.-I. Nishimura. Versatile synthesis of oligosaccharide-containing fullerenes. Tetrahedron: Asymmetry 2005, 16,15-19

55. A. S. Boutorine, H. Tokuyama, M. Takasugi, H. Isobe, E. Nakamura, C. Helene. Fullerene-oligonucleotide conjugates photoinduced sequence-specific DNA cleavage. Ang. Chem. Int. Ed. 1994, 33, 2462-2465

56. Y. Z. An, C. H. B. Chen, J. L. Anderson, D. S. Sigman, C. S. Foote, Y. Rubin. Sequence-specific modification of guanosine in DNA by a C-60-linked deoxyoligonucleotide: Evidence for a non-singlet oxygen mechanism. Tetrahedron 1996, 52, 5179-5189

57. M. Bergamin, T. Da Ros, G. Spalluto, A. Boutorine, M. Prato. Synthesis of a hybrid fullerene-trimethoxyindole-oligonucleotide conjugate. Chem. Commun. 2001,17-18

58. M. Prato, A. Bianco, M. Maggini, G. Scorrano, C. Toniollo, F. Wudl. Synthesis and characterization of the first fullerene-peptide. J. Org. Chem. 1993, 58, 5578-5580

59. C. Toniollo, A. Bianco, M. Maggini, G. Scorano, M. Prato, M. Marastoni, R. Tomatis, S. Spisani, G. Palu, E. Blair. A bioactive fullerene peptide. J. Med. Chem. 1994, 37,4558-4562

60. D. Pantarotto, A. Bianco, F. Pellarini, A. Tossi, A. Giangaspero, I. Zelezetsky, J. P. Briand, M. Prato. Solid-phase synthesis of fullerene-peptides. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1254312549

61. F. Pellarini, D. Pantarotto, T. Da Ros, A. Giangaspero, A. Tossi, M. Prato. A novel 60.fullerene amino acid for use in solid-phase peptide synthesis. Org. Lett. 2001, 3, 18451848

62. A. Bianco. Efficient solid-phase synthesis of fullero-peptides using Merrifield strategy. Chem.Commun. 2005,3174-3176

63. Y. Liu, Y.-L. Zhao, Y. Chen, P. Liang, L. Li. A water-soluble beta-cyclodextrin derivative possessing a fullerene tether as an efficient photodriven DNA-cleavage reagent. Tetrahedron Lett. 2005,46,2507-2511

64. S. Filippone, F. Heimann, A. Rassat. A highly water-soluble 2+1 b-cyclodextrin-fullerene conjugate. Chem. Commun. 2002, 1508-1509

65. S. Filippone, A. Rassat. In search for internal complexation in cyclodextrin-fullerene conjugates. C. R. Chimie 2003, 6, 83-86.

66. J. Yang, Y.Wang, A. Rassat, Y. Zhanga, P. Sinay. Synthesis of novel highly water-soluble 2:1 cyclodextrin/fullerene conjugates involving the secondary rim of b-cyclodextrin Tetrahedron 2004, 60,12163-12168

67. I. M. Andreev, V. S. Romanova, A. O. Petrukhina, S. M. Andreev. Amino-acid derivatives of fullerene C-60 behave as lipophilic ions penetrating through biomembranes. Phys. Sol. State. 2002,44, 683-685

68. S. M. Andreev, A. A. Babakhin, A. O. Petrukhina, I. M. Andreev, V. S. Romanova, L. M. Du Buske. Immunogenicity and membrane permiability of fullerene C60 derivatives. Clin. Immun. 2002,103,17-18

69. R. Bullard-Dillard, K. E. Creek, W. A. Scrivens, J. M. Tour. Tissue sites of uptake of C-14-labeled C-60. Bioorg. Chem. 1996, 24, 376-385.

70. P. Rajagopalan, F. Wudl, R. F. Schinazi, F. D. Boudinot. Pharmacokinetics of a water-soluble fullerene in rats. Antimicrob. Agents Chemother., 1996,40, 2262-2265.

71. Z. Q. Ji, H. Sun, H. Wang, Q. Xie, Y. Liu, Z. Wang Biodistribution and tumor uptake of C60(OH)x in mice. J. ofNanopartical Reserch, 2006, 8, 53-63

72. S. H. Friedman, D. L. DeCamp, R. P. Sijbesma, G. Srdanov, F. Wudl, G. L. Kenyon. Inhibition of the HIV-1 protease by fullerene derivatives model-building studies and experimental-verification. J. Am. Chem. Soc. 1993,115,6506-6509

73. H. Jin, W. Q. Chen, X. W. Tang, L. Y. Chiang, C. Y. Yang, J. V. Schloss, J. Y. Wu. Polyhydroxylated C-60, fullerenols, as glutamate receptor antagonists and neuroprotective agents. J. Neuroscience Res. 2000, 62, 600-607

74. L. S. Li, Y. J. Hu, Y. Wu, J. Yue, F. Yang. Steroid-fullerene adducts from Diels-Alder reactions: characterization and the effect on the activity of Ca2+-ATPase. J. Chem. Soc. Perkin Trans 1 2001,1, 617-621

75. J. W. Aborgast, C. S. Foote. Photorhysical properties of C-70. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8886-8889

76. J. W. Aborgast, A. P. Darmanyan, C. S. Foote, F. N. Diederich, Y. Rubin, F. Diederich, M. M. Alvarez, S. J. Anz, R. L. Whetten. Photorhysical properties of C60. J. Phys. Chem. 1991, 95,11-12

77. H. Tokuyama, S. Yamago, E. Nakamura, T. Shiraki, Y. Sugiura. Photoinduced biochemical-activity of fullerene carboxylic-acid. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 7918-7919

78. C. Sheu, C. S. Foote. Endoperoxide formation in a guanosine derivative. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10446-10447

79. C. Sheu, C. S. Foote. Photosensitized oxygenation of a 7,8-dihydro-8-oxoguanosine derivative formation of dioxetane and hydroperoxide intermediates. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117,474-477

80. Y. N. Yamakoshi, T. Yagami, S. Sueyoshi, N. Miyata. Acridine adduct of 60.fullerene with enhanced DNA-cleaving activity. J. Org. Chem. 1996,61, 7236-7237

81. X. L. Yang, C. H. Fan, H. S. Zhu. Photo-induced cytotoxicity of malonic acid C-60.fullerene derivatives and its mechanism. Toxicology in Vitro 2002,16,41-46

82. C. M. Sayes, J. D. Fortner, W. Guo, D. Lyon, A. M. Boyd, K. D. Ausman, Y. J. Tao, B. Sitharaman, L. J. Wilson, J. B. Hughes, J. L. West, V. L. Colvin. The differential cytotoxicity of water-soluble fiillerenes. Nano Lett. 2004,4,1881-1887

83. Y. Tabata, Y. Murakami, Y. Ikada. Antitumor effect of poly(ethylene gIycol)modified fullerene. Fullerene Sci. Technol. 1997, 5, 989-1007

84. Y. Chi, T. Canteenwala, H. H. C. Chen, U. S. Jeng, T. L. Lin, L. Y. Chinag, in "Perspectives of Fullerene Nanotechnology", E. Osawa Ed., Kluver Academ. Publ., Dordrecht-Boston-London. 2001

85. T. Y. Zakharian, A. Seryshev, B. Sitharaman, B. E. Gilbert, V. Knight, L. J. Wilson. A fullerene-paclitaxel chemotherapeutic: Synthesis, characterization, and study of biological activity in tissue culture. J. Am. Chem. Soc. 2005,127,12508-12509

86. P. J. Krusic, E. Wasserman, P. N. Keizer, J. R. Morton, K. F. Preston. Radical reactions of C6Q. Science 1991,254,1183

87. S.-C. Chueh, M. K. Lai, M. S. Lee, L. Y. Chiang, T. I. Ho, S. C. Chen. Decrease of free radical level in organ perfusate by a novel water-soluble carbon-sixty, hexa(sulfobutyl)fullerenes. Transplantation Proc. 1999, 31,1976-1977

88. D. M. Guldi, K.-D.Asmus. Activity of water-soluble fullerenes towards (OH)-O-center dot-radicals and molecular oxygen. Rad. Phys. Chem. 1999, 56, 449-456

89. F. Y. Chen, X. L. Yang, H. S. Zhu, J. Sun, Y. J. Liu. Synthesis of oligoadducts of malonic acid C-60 and their scavenging effects on hydroxyl radical. J. Phys. Chem. Solids 2000, 61, 1145-1148

90. U. Sagman in "Perspectives of Fullerene Nanotechnology", E. Osawa Ed., Kluver Academ. Publ., Dordrecht-Boston-London. 2001

91. Y. L. Huang, С. K. F. Shen, T.-Y. Luh, H. C. Yang, К. C. Hwang, С. K. Chou. Blockage of apoptotic signaling of transforming growth factor-beta in human hepatoma cells by carboxyfiillerene. Eur. J. Biochem. 1998,254,38-43

92. A. M.-Y. Lin, S. Fang, S. Z. Lin, C.-K. Chou, T. Y. Luh, L.-T. Ho. Local carboxyfullerene protects cortical infarction in rat brain. Neuroscience Res. 2002,43,317-321

93. S. S. Huang, S. Tsai, C. L. Chih, L. Y. Chiang, H. M. Hsieh, С. M. Teng, M. C.Tsai. Neuroprotective effect of hexasulfobutylated C-60 on rats subjected to focal cerebral ischemia. Free Radio. Biol. Med. 2001, 30, 643-649

94. Е. V. Babynin, I. A. Nuretdinov, V. P. Gubskaya, В. I. Barabanshchikov, Study of Mutagenic Activity of Fullerene and Some of Its Derivatives Using His+ Reversions of Salmonella typhimurium as an Example. Rus. J. Genetics 2002, 38, 359-363

95. H. Kato, Y. Kanazawa, M. Okumura, A. Taninika, T. Yokawa, H. Shinohara. Lanthanoid endohedral metallofullerenols for MRI contrast agents. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 43914397

96. I. E. Kareev, V. P. Bubnov, E. E. Laukhina, V. K. Koltover, E. B. Yagubskii. Endohedral metallofullerenes M@C-82 (M=La, Y): synthesis and transport properties. Carbon 2003, 41, 1375-1380

97. V. P. Bubnov, E. E. Laukhina, I. E. Kareev, V. K. Koltover, T. G. Prokhorova, E. B. Yagubskii, Y. P. Kozmin. Endohedral metallofullerenes: A convenient gram-scale preparation. Chem. Mater. 2002,14, 1004-1008

98. L. J. Wilson, D. W. Cagle, T. P. Thrash, S. J. Kennel, S. Mirzadeh, J. M. Alford, G. J. Ehrhardt. Metallofullerene drug design. Coordination Chem. Rev. 1999, 192,199-207

99. T. Da Ros, M. Prato, D. Guldi, E. Alessio, M. Ruzzi, L. Pasimeny. A noncovalently linked, dynamic fullerene porphyrin dyad. Efficient formation of long-lived charge separated states through complex dissociation. Chem. Commun. 1999, 635-636

100. P. A. Troshin, 0. Popkov, R. N. Lyubovskaya. Some new aspects of chlorination of fiillerenes. Full. Nanot. Carb. Nanostruct. 2003,11,165-185

101. P.A. Troshin, A. Lapin'ski, A. Bogucki, M. Polomska, R. N. Lyubovskaya. Preparation and spectroscopic properties of chlorofullerenes C60CI24, C60CI28 and C60CI30. Carbon 2006, 44(13), 2770-2777

102. O. V. Boltalina, J. M. Street, R. Taylor. C60F36 consists of two isomers having T and C3 symmetry. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1998, 649-653

103. A. Hirsch, Q. Li, F. Wudl. Globe-trotting hydrogenes on the surface of the fullerene compound C60H6(N(CH2CH2)20)6. Angew. Chem. Int. Ed. 1991, 30, 1309-1310

104. K. D. Kampe, N. Egger, M. Vogel. Diamino and tetraamino derivatives of buckminsterfullererne C-60. Angew. Chem. Int. Ed. 1993, 32, 1174-1176

105. G. Schick, K. D. Kampe, A. Hirsch. Reaction of 60.fullerene with morpholine and piperidine preferred 1,4-additions and fullerene dimer formation. Chem. Commun. 1995, 2023-2024

106. C. P. Butts, M. Jazdzyk. The preparation and structures of non-hydrocarbon functionalised fullerene-diamine adducts. Chem. Commun. 2003, 1530-1531

107. N. X. Wang. Photochemical addition reactions of 60.fullerene with 1,2-ethylenediamine and piperazine. Tetrahedron 2002, 58,2377-2380

108. C. P. Butts, R. W. A. Havenith, M. Jazdzyk, T. Drewello, S. Kotsiris. The structure and first 1H NMR spectral assignment of piperazine-C60 adducts. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 35653567

109. H. Isobe, A. Ohbayashi, M. Sawamura, E. Nakamura. A cage with fullerene end caps. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2669-2670

110. H. Isobe, N. Tomita, E. Nakamura. One-step multiple addition of amine to 60.fullerene. Synthesis of tetra(amino)fullerene epoxide under photochemical aerobic conditions. Org. Lett. 2000,2, 3663-3665

111. N. F. Goldshleger, A. S. Lobach, A. S. Astakhova, M. G. Kaplunov, A. V. Kulikov, A. P. Moravskiy, O. S. Raschupkina, Yu. M. Shulga. Interection of fullerene C-60 with 3-amino-l-propanol. Russ. Chem. Bullet. 1994, 43, 1081-1083

112. A. A. Tuinman, R. N. Compton. Structures of gas-phase (C-60)(n)(CN)(m) trianions from reactions of C-60 with NaCN in solution. J. Phys. Chem. A. 1998,102, 9791-9796

113. M. Smith, J. March, "March's Advanced Organic Chemistry", Willey Interscience, New York-Chichester-Weinheim-Brisbane-Singapore-Toronto, 2001, 795

114. M. Smith, J. March, "March's Advanced Organic Chemistry", Willey Interscience, New York-Chichester-Weinheim-Brisbane-Singapore-Toronto, 2001, 923

115. A. Hirsch. Principles of Fullerene Reactivity. Topics Cur. Chem. 1999,199,1-65

116. D. Heymann, S. M. Bachilo, R. B. Weisman. Ozonides, epoxides, and oxidoannulenes of C70. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6317-6323

117. T. Ohno, N. Martin, B. Knight, F. Wudl, T. Suzuki, H. Yu. Quinone-type methanofullerene acceptors: precursors for organic metals. J. Org. Chem. 1996, 61, 1306-1309

118. T. Hino, K. Kinbara, K. Saigo. Synthesis of methano60.fullerene derivatives: the fluoride ion-mediated reaction of [60]fullerene with silylated nucleophiles. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 5065-5067

119. Y. Wang, D. I. Schuster, S. R. Wilson. Chemoselective synthesis and resolution of chiral 1,9.methanofullerene[70] derivatives. J. Org. Chem. 1996, 61, 5198-5199

120. C. C. Henderson, C. M. Rohlfing, K. T. Gillen, P. Cahill. Synthesis, isolation and equilibration of 1,9-C70H2 and 7,8-C70H2. Science 1994,264, 397-399

121. Z. Wang, M. S. Meier. Monoalkylation of C60 and C70 with Zn and active alkyl bromides. J. Org Chem. 2003, 68, 3043-3048

122. A. D. Darwish, N. Martsinovich, R.Taylor. Methylation of 76.fullerene and [84]fullerenes; the first oxahomo derivatives of a higher fullerene. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 1364-1357

123. O. V. Boltalina, B. Vaissiere, P. W. Fowler, P. B. Hitchcock, J. P. B. Sandall, P. A. Troshin, R. Taylor. C60F18O, the first characterised intramolecular fullerene ether. Chem. Comm. 2000,1325-1326

124. O. A. Troshina, P. A. Troshin, A. S. Peregudov, V. I. Kozlovskiy, R. N. Lyubovskaya. Photoaddition of N-substituted piperazines to C60: an efficient approach to synthesis of water-soluble fullerene derivatives. Chem. Eur. J. 2006,12,5569-5578

125. O. A Troshina, P. A. Troshin, A. S. Peregudov, R. N. Lyubovskaya. Unexpected Interconversion of 1,4-Diaminofullerenes. Org. Biomol. Chem. 2006,4,1647-1649

126. P. N. Keizer, J. R. Morton, K. F. Preston. The EPR-spectra of free-radical adducts of C-70. Chem. Commun., 1992, 1259-1261

127. S. R. Wilson, Q. Lu. 1,3-dipolar cycloaddition of N-methylazomethine ylide to C70 J. Org. Chem. 1995, 60, 6496-6498

128. D. V. Konarev, A. Yu. Kovalevsky, A. L. Litvinov, N. V. Drichko, B. P. Tarasov, P. Coppens, R. N. Lyubovskaya. Molecular complexes of fullerenes C-60 and C-70 with saturated amines. J. Sol. State Chem. 2002,168,474-485

129. P.R Birkett, A.G.Avent, A.D Darwish, H.W.Kroto, R.Taylor, D.R.M.Walton. Preparation and I3C NMR spectroscopic characterisation of C60CI6. Chem. Commun. 1993,1230-1232

130. M. Smith and J. March, March's Advanced Organic Chemistry, Wiley Interscience, New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto, 2001,449.

131. M. Sawamura, M. Toganoh, K. Suzuki, A. Hirai, H. Iikura, E. Nakamura. Stepwise synthesis of fullerene cyclopentadienide R5C60 and indenide R3C60 An approach to fully unsymmetrically substituted derivatives. Org. Lett. 2000,2,1919-1921.

132. J. Li, A.Takeuchi, M. Ozawa, X. H. Li, K. Saigo, K. Kitazawa. C-60 fullerol formation catalyzed by quaternary ammonium hydroxides. Chem. Commun. 1993, 23, 1784-1785

133. A. Nairn, P. B. Shevlin. Reversible addition of hydroxide to the fullerenes. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 7097-7100

134. A. L. Mirakyan, L. J. Wilson. Functionalization of C-60 with diphosphonate groups: a route to bone-vectored fullerenes. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 2002,1173-1176

135. J. C. Hummelen, B. W. Knight, F. Lepeq, F. Wudl, J. Yao, C. L, Wilkins. Preparation and characterization of eulleroid and methanofullerene derivatives. J. Org. Chem. 1995, 60, 532538

136. Автор работы выражает благодарность своему научному руководителю Римме Николаевне Любовской за помощь в работе, внимание, терпение и поддержку.

137. Большой вклад в работу принадлежит профессору Александру Сергеевичу Перегудову, выполнявшему многочисленные исследования полученных соединений различными методами ЯМР спектроскопии.

138. Огромная помощь на всех этапах работы была оказана Трошиным Павлом Анатольевичем, его глубокое знание химии, большой опыт в области химии фуллеренов и разнообразные советы помогли автору добиться хороших результатов.

139. Автор благодарен Вячеславу Ивановичу Козловскому, снимавшему электроспрей масс-спектры наших соединений.

140. Биологические исследования соединений были выполнены проф. Я. Бальзарини (Бельгия), которому автор выражает свою признательность.

141. В работе принимали участие также сотрудники аналитического центра ИПХФ РАН Астахова Антонина Серафимовна и Балабаева Елена Михайловна, которые выполняли элементный анализ соединений, и автор тоже искренне их благодарит.

142. За предоставленные спектры поглощения автор благодарит Каплунова Михаила Гершевича и Никитенко Сергея Леонидовича.