Поведение 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте

Смирнов, Александр Николаевич

Поведение 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Смирнов, Александр Николаевич АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ставрополь МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Поведение 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте»

Автореферат диссертации на тему "Поведение 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте"

На правах рукописи

СМИРНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЕДЕНИЕ 2-ЗАМЕЩЕННЫХ ИНДОЛОВ В РЕАКЦИЯХ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯМИ В ПОЛИФОСФОРНОЙ КИСЛОТЕ

02.00.03 - органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

г 1 ноя 2013

005539076

Астрахань — 2013

005539076

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

на кафедре химии

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Аксенов Александр Викторович

доктор химических наук, профессор

Кравченко Ангелина Николаевна

(ФГБУН «Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН» (ИОХ РАН), ведущий научный сотрудник)

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор

Тырков Алексей Георгиевич

(ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», декан химического факультета, заведующий кафедрой неорганической и биоорганической химии)

ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева» (г. Москва)

Защита диссертационной работы состоится «19» декабря 2013 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.04. при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного технического университета (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус).

Автореферат разослан «/¿М ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, доцент

Шинкарь Е. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Создание новых классов лекарственных препаратов является актуальной задачей, в решение которой вовлечено значительное число научных коллективов. Особое место занимает поиск новых молекулярных каркасов и путей синтеза уже известных для создания противоопухолевых препаратов.

Устойчивость злокачественных опухолей к апоптозу является серьезной проблемой в клинической практике, поскольку большинство из имеющихся в настоящее время химиотерапевтических агентов работает именно через индукцию апоптоза и, следовательно, малоприменимо для пациентов, страдающих от таких злокачественных новообразований. Такая устойчивость к апоптозу наблюдается для опухолей легких, печени, желудка, пищевода, поджелудочной железы, а также меланомы и глиомы. Например, пациенты, страдающие от одного из представителей класса глиом, известного как гли-областома, имеют среднюю продолжительность жизни менее 14 месяцев при лечении по стандартной методике: хирургическая резекция, радиотерапия и химиотерапия темозоломидом. Поскольку клетки этой глиомы являются резистентными к апоптозу, они плохо поддаются традиционной химиотерапии с использованием проапоптотических агентов. Кроме того, следует отметить, что 90% онкологических больных умирают от метастазов опухоли, а метастатические раковые клетки имеют устойчивость к процессу, который называют аноикис, то есть гибель клеток в результате потери контакта с внеклеточной матрицей или соседних клеток. Эта устойчивость создает дополнительные трудности, делая метастатические клетки резистентными к апоптозу и, следовательно, практически не реагирующими на большинство проапоптотических агентов. Одним из решений подавления устойчивости к апоптозу является дополнение цитотоксических терапевтических схем цитостатиками. Кроме того, у опухолей часто развивается лекарственная устойчивость к значительному количеству химиотерапевтических агентов. Таким образом, поиск новых цитостатических противоопухолевых препаратов, которые могут преодолеть резистентность раковых клеток апоптозу, является важной задачей.

ское и миотропное действие, такие как спазмолитин, амизил, арпенал и ти-фен. С другой стороны, известно, что функция гидроксамовой кислоты является важным фармакофором, активно использующимся при поиске новых биологически активных веществ и в дизайне высокоэффективных препаратов с противоопухолевой, противовирусной и бактериостатической активностью. Именно разработке методов синтеза гидроксамовых кислот, содержащих бензгидрильный остаток и его гетероциклические аналоги, посвящена значительная часть этой работы.

Другая часть посвящена разработке новой синтетической методологии на основе превращений таких гидроксамовых кислот в З-арил-2-хинолоны, среди которых найдено значительное количество веществ, обладающих высокой биологической, в том числе антираковой, активностью. Кроме того, продемонстрирован синтез полиядерных ароматических соединений, являющихся аналогами природных веществ.

В литературе описан единственный прецедент образования диарила-цетгидроксамовых кислот при взаимодействии Р-нитростирола с дибензо-18-краун-6 эфиром. Показано, что в результате этого превращения образуется смесь продуктов диалкилирования краун-эфира. Этот факт был положен нами в основу разработки общего и высокоэффективного препаративного метода. Другой предтечей данной работы послужило открытие в нашей лаборатории методов ацетамидирования и карбамоилирования аренов нитро-алканами в полифосфорной кислоте (ПФК).

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы" (Государственный контракт № 16.740.11.0162) и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 13-03-003004а).

Цель работы: Исследование поведения 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте. Разработка метода получения 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот, и исследование их превращений в полифосфорной кислоте.

Задачи исследования:

1. Выявление факторов, определяющих направление реакции непредельных нитросоединений с индолами в полифосфорной кислоте.

2. Определение возможности реализации синтетической последовательности: реакция Фишера — алкилирование индолов непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте.

3. Исследование синтетических возможностей арилиндолилацетогидрок-самовых кислот.

4. Установление строения полученных соединений.

5. Исследование биологической активности полученных соединений.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

Показано, что реакция 2-замещенных индолов с Р-нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 65-70 °С приводит к образованию ранее неизвестных 2-замещенных 2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

Разработан метод синтеза таких гидроксамовых кислот из соответствующих арилгидразонов, метиларилкетонов и p-нитростиролов, основанный на one pot синтетической последовательности: реакция Фишера - взаимодействие промежуточных 2-арилиндолов с Р-нитростиролами в ПФК.

Обнаружено, что 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты обладают высокой цитотоксической и цитостатической активностью по отношению к лекарственно-устойчивым типам рака.

Установлено, что реакция 2-замещенных индолов с Р-нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 95-100 °С приводит к образованию к образованию 3-замещенных-2-хинолонов. Показано, что реакция включает образование 2-замещенных-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот, так как последние в этих условиях реагируют аналогично.

Разработан метод синтеза З-арил-2-хинолонов из соответствующих арилгидразонов, ацетофенона и p-нитростиролов, основанный на one pot синтетической последовательности: реакция Фишера - взаимодействие образующихся на первой стадии 2- фенилиндолов с Р-нитростиролами в ПФК.

Показано, что 2-замещенные-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты и З-арил-2-хинолоны могут быть получены из 2-замещенных-Р-нитровинилиндолов их реакцией с аренами, содержащими донорные заместители, в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 65-70°С и 95-100°С соответственно.

Найдено, что реакция 2-(2-нафтил)индола с Р-нитростиролом в ПФК с 73%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 70-75сС приводит к образованию 5,12-дигидрошщоло[2,3-с]карбазола.

При использовании полифосфорной кислоты с 87%-ным содержанием оксида фосфора (V) промежуточные 2-арил-2-(3-индолил) ацетогидроксамо-вые кислоты вступают в перегруппировку Лоссена с образованием арил-(3-индолил)метиламинов.

Методология и методы. Работа выполнена с применением методов классической синтетической органической химии и методов современного физико-химического анализа.

На защиту выносятся:

1. Методы синтеза 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

2. Новые методы трансаннелирования 2-замегценных индолов непредельными нитросоединениями и методы синтеза хинолонов на их основе.

3. Метод синтеза 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазола.

4. Синтез индолиларилметиламинов из индолов или арилгидразинов.

5. Антираковая активность 3-индолиларилацетогидроксамовых кислот.

Достоверность полученных результатов. Строение синтезированных

соединений подтверждено с помощью 'Н, 13С ЯМР-спектроскопии (в том числе COSY и HMQC), ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии высокого разрешения, данными элементного анализа, и для описанных веществ встречным синтезом.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на 1-ой и П-ой Всероссийской конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011, 2012), Н-ой Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Железноводск, 2011), XIV молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011), XV Молодежной школе - конференции по органической химии (Уфа, 2012), Всероссийской конференции «Органический Синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012), Международной молодежной конференции «Катализ в органическом синтезе» (г. Новочеркасск, 2012), III международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2012), XI международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) - (Ростов-на-Дону, 2013), XVI молодежной школе-конференции по органической химии (Пятигорск, 2013), III Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Пятигорск, 2013).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 2 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, 2 статьях и 9 тезисах докладов международных и всероссийских конференций. Материал диссертационной работы полностью соответствует паспорту специальности 02.00.03.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 132 страницах, иллюстрирована 96 схемами, 11 таблицами и 22 рисунками. Библиография содержит 182 литературные ссылки.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены литературные данные по алкилированию аренов непредельными нитросоединениями. Вторая глава - обсуждение полученных результатов, третья - экспериментальная часть.

Основное содержание работы

1. Синтез 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот

Одной из главных задач этой диссертационной работы является поиск неизвестных ранее соединений, обладающих высокой биологической, прежде всего противоопухолевой активностью. Обратимое ацетилирование ядер гистонов является основным регулятором экспрессии гена, который может действовать путем изменения доступности транскрипционных факторов ДНК через конформационные изменения в нуклеосоме или путем изменения взаимодействия с белком. Баланс между активностью гистонацетилтрансфе-разы (HAT) и активностью гистондезацетилазы (HDAC), существующий в нормальных клетках, приводит к специфичной модели генной экспрессии. Нарушение этого баланса связывают с раком. Природные ингибиторы HDAC (HDAI), такие как трихостатин А и трапоксин В обладают антипро-лиферативным действием на опухолевые клетки и представляют синтетические и природные ингибиторы HDAC как потенциальные противораковые агенты. Открытие у стриптаида HDA ингибирующей активности и in vivo противоопухолевой эффективности HDAI субероиланилидгидроксамовой кислоты (SAHA) сделало гидроксамовые кислоты перспективными структурами для разработки высокоэффективных противоопухолевых препаратов.

Учитывая вышесказанное, данная часть работы посвящена разработке методов синтеза 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот с целью дальнейшего исследования их биологической активности. Из литературы известно, что алкилирование аренов непредельными нитросоединениями в присутствии кислот приводит к нитросоединениям. С другой стороны, нит-росоединения могут перегруппировываться под действием различных катализаторов в гидроксамовые кислоты.

Suberoylanilide hydroxamate (SAHA)

Мы предположили, что процессы алкилирования и перегруппировки можно совместить. В литературе на одном примере был опубликован подобный процесс. При действии нитростирола на эфир дибензо[18]краун-6 в полифосфорной кислоте образовывалась смесь продуктов диалкшшрования последнего, которые в условиях реакции превращались в гидроксамовые кислоты. Эта работа была взята нами за основу. Оказалось, что действием на индолы 1а-с1 различных нитростиролов 2а-1 в ПФК с 80%-нымм содержанием Р205 при 65-70°С могут быть получены 2-арил-2-(3-индолил) ацетогид-роксамовые кислоты За-о. Оптимизация условий этой реакции позволила достичь в ряде случаев количественного выхода.

1а: Я1 = Н, Я2 = РЬ, Л3=Н; Ь: К'=ТТ, П2=2-С10Н7,113=Н; с: Ме, Я2=2-С10Н7, П3=Н; 1 с1: Я'= Ме, Я2=2-С10Н7, Я3=Мс; 2а: К4=РЬ; Ь: Я4=4-Мс-С6Н4; с: Я4=3-Ме-С6Н4; (I: Я4=3,4-£ЙМеС6Н3; е: К4=4-/"-РгС6Н4; Г: К4=4-Ме2Ы-С6Н4; g: 114=4-Е12ЫС6Н4; Ь: Н4=4-ЕЮС6Н4; г. К4=2-С1-С6Н4; ]': К4=3,4-Л-С1-С6Н3; к: 114=3-Вг-С6Н4; 1: К4=4-¥-СбН4;За: К'=Н, Я2=РЬ, Я3=Н, Я4=РЬ; Ь: Я'=Н, Я2=2-С10Н7, Я3=Н, Я4=РЬ; с: к'=Ме, Ы2=2-С10Н7, Я3=Н, К4=РЬ; й: Я'=Н, Я2=2-С10Н7, Л3=Н, Я4=4-Ме-С6Н4; е: Я'=Н, Я2=2-С10Н7, Я3=Н, Я4=3-МеС6Н4; Г: Я'=Н, К2=2-С,оН7, Я3=Н, Я4=3,4-Л-Мс-С6Н3; g: К'=Н, К2=2-С,оН7, Ы3=Н, К4=4-/-РГС6Н4; Ь: Я'=Н, К2=2-С,0Н7, Я3=Н, К4=4-Ме2М-С6Н4; ¡: К'=Н, К2=2-С10Н7, Я3=Н, Я4=4-Е12К-С6Н4; у. К2=2-С10Н7, Ы3=Н, 114=4-ЕЮ-С6Н4; к: Я'=Н, Я2=2-СшН7, Я3=Н, Я4=2-С1-С6Н4; I: К'=Н, Я2=2-С10Н7, К3=Н, Ы4=3,4-сЛ-С1-С6Н3; ш: К'=Н, К2=2-С,0Н7, К3=Н, Я4=3-Вг-С6Н4; п: Я'=Н, Я2=2-С„,Н7> Я3=Н, Я4=4-Р-С6Н4; о: Я'=Н, К2=2-С10Н7, Я3=Н, Я4=РЬ Очевидно, что реакция протекает по механизму, включающему следующую последовательность стадий:

В результате алкилирования Р-нитростиролом 2а-1 2-арилиндола la-d по положению 3 образуется нитроновая кислота 5а-о, которая превращается в ангидрид гидроксамовой кислоты 7а-о, после разложении реакционной смеси водой дающий гидроксамовую кислоту За-о.

Одним из наиболее широко используемых способов синтеза индолов является реакция Фишера, которую, как известно можно проводить в ПФК. Представлялось возможным создание на основе данной реакции и показанного нами взаимодействия индолов с непредельными нитросоеди-нениями тандемного превращения.

Так как промежуточные индолы la,b,d можно получить исходя из фе-нилгидразинов 8а,b и метиларилкетонов 9а-с при 100 °С, а максимальный выход гидроксамовых кислот достигается при 65-70 °С, мы решили осуществить эту последовательность как one pot процесс. Оказалось, что для осуществления данного превращения смесь арилгидразина 8а,b и метилкетона 9а,b необходимо нагреть в ПФК с 80%-ным содержанием Р2О5 при температуре 100-110 °С в течение 40 мин, после охлаждения реакционной смеси до 65-70°С в нее вводят нитростирол, и проводить реакцию в течение 1 часа.

8а: R'=H; b: R1=Me; 9а: R2=Ph; b: R2=2-C10H7; 2а: R3=Ph; b: R3=4-MeC6H4; с: R3=3-MeC6H4; d: R3=3,4-<//MeC6H;i; e: R3=4-/-PrC6H4; f: R3=4-Me2N-C6H4; g: R3=4-Et2N-C6H4; h: R3=4-EtO-C6H4; i: R3=2-C1-C6H4; j: R3=3,4-</;-Cl-C6H3; k: R3=3-Br-C6H4; 1: R3=4-F-C„H4; 3a: R'=H, R2=Ph, R3=Ph; b: R'=H, R2=2-C10H7, R3=Ph; d: R'=H, R2=2-

C10H7, R3=4-MeC6H4; e: R'=H, R3=2-C10H7, R3=3-Me-C6H4; f: R'=H, R2=2-C10H7, R3=3,4-Ji-Mc-C6H3; g: R'=H, R2=2-CioH7, R3=4-i-Pr-C6H4; h: R'=H, R2=2-C10H7, R3=4-Me2NC6H4; i: R1=H, R2=2-C10H7, R3=4-Et2N-C6H4; j: R=H, R2=2-C10H7, R3=4-EtOC>,H4; k: R'=H, R2=2-C10H7, R3=2-C1-C6H4; 1: R'=H, R2=2-C10H7, R3=3,4-i//-Cl-C6H3, m: R]=H, R2=2-CI0H7, R3=3-Br-C6H4; n: R'=H, R2=2-C,0H7, R3=4-F-C6H4; o: R'=Me, R2=2-C10H7,

R3=Ph;

Выход реакции достигает 98%.

Известно, что предшественниками нитроалкенов 2, получаемых реакцией Генри, являются нитроспирты 10, и часто отщепление воды нуждается в дополнительной стадии.

он о о

•О

10а, а, е 2а, (1, е

2,10а: Я = РЬ; с1: К = 3,4-ё1МеС6Н3; е: Я = 4-1-РгС6Н4;

Для осуществления этого процесса используют ангидриды кислот. Очевидно, что в качестве дегидратирующего реагента может выступать ПФК. Поэтому мы решили, что для синтеза гидроксамовых кислот 3 вместо непредельных нитросоединений 2 можно использовать нитроспирты 10. Оказалось, что реакция протекает достаточно легко и выход гидроксамовых кислот в этом случае практически не меняется.

к3

IH о II*

РРА

О 65-70°С

la, b

10а, d, е

~ОН

la: R2=Ph; b: R2=2-Ci0H7; За: R2= R3= Ph; b: R2=2-C10H7, R3 = Ph; f: R2 = 2-Cl0H7, R3=3,4-<#MeC6H3; g: R2 = 2-C10H7, R3 = 4-/-PrC6H4; 10a: R3=Ph; d: R3=3,4-c//MeC6H3; e:

R3=4-/-PrC6H4;

В некоторых случаях, индолы являются более доступными, чем арены. Поэтому далее мы разработали метод синтеза гидроксамовых кислот 3, исходя из аренов. Для этих целей были синтезированы универсальные синто-ны - непредельные нитросоединения 12а,Ь,с. В качестве исходных веществ, использовались коммерчески доступные альдегиды 11а,е, альдегид lib синтезировался по реакции Вильсмайера.

MeNO,

la,b,e

12а,b,e

lla,b,e

11,12a:R = Ph;b:R=2-C,0H7;e:R = Me .

Последующая реакция соединения 12b, с аренами 13а-с в ПФК приводит к гидроксамовым кислотам 3f,g,j с выходом до 84%.

13а: Я'=Ме, Я2=Ме; Ь: II'=Н, яМ-Рг, с: 11'=Н, Я2=ЕЮ

Таким образом, в результате выполнения первой части работы удалось разработать три метода синтеза 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

2. Биологическая астивность 2-арил-2-(3-индолил) ацетогидроксамо-вых кислот

Биологические испытания гидроксамовых кислот проводились сотрудниками New Mexico Tech, USA.

Все синтезированные гидроксамовые кислоты были испытаны in vitro в качестве потенциальных ингибиторов роста двух клеточных линий рака человека HeLa и MCF-7, используя МТТ колориметрический анализ. Большинство соединений оказывает антиполиферативное действие в субмикро-молярных концентрациях по отношению к этим культурам рака. Наиболее

н^ЛЛО Us^JL^n oel t

зь 3f 3g 3J 3n

HeLa G15o=3.6 мкмоль MCF-7 GL« 3.4 мкмоль HeLa Gbo-2.7 мкмоль MCF-7 GIio=2.5 мкмоль HeLa Gl5o=0.7 мкмоль MCF-7 GI50= 1.4 мкмоль HeLa GI,o= 17 мкмоль MCF-7 GIS0= 8 мкмоль HeLa Gbo= 19 мкмоль MCF-7 GI50= 7 мкмоль

О150 представляет собой концентрацию, необходимую для снижения жизнеспособности клеток на 50% спустя 48 часов после обработки указанными соединениями, по отношению к контрольному эксперименту с ДМСО.

Далее 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты были оценены in vitro как ингибиторы роста дополнительных линий рака, включая устойчивые к проапоптотическому воздействию (U373, T98G, U87, А549, Н441, SKMEL-28), а так же чувствительные к апоптозу (Hs683, анапластическая олигодендроглиома, B16F10, Jurkat). В качестве примера приведена таблица экспериментальных данных для соединения ЗЬ.

GI50 in vitro (мкмоль)

Глиома Карцинома Легких Меланома лейкемия

U3 73 Hs683 U87 T98G А549 Н441 SKMEL-28 B16F10 Jurkat

21 15 7 15 7 9 23 1.5 5

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что действие соединения ЗЬ сопоставимо в случае обоих типов клеток. Этот факт указывает на то, что индукция апоптоза не является основным механизмом, ответственным за антипрофилеративное действие этих соединений.

Для наблюдения морфологических и фенотипических изменений клеток, подвергнутых действию этих соединений, была использована фазово-контрастная микроскопия. На основе полученных изображений произведен расчёт коэффициента полного роста СОЯ.

Для соединения ЗЬ он принимает значение 0.3 и показывает, что в испытуемом образце происходил рост 30% клеток по сравнению с контрольным в течение 72 часов наблюдения.

Таким образом, расчет ввЯ подтверждает данные МТТ колориметрический анализа, приведенные в таблице.

Неожиданно было обнаружено, что увеличение концентраций 2-арил-2-(З-индолил)ацетогидроксамовых кислот относительно СЬо в 2-3 раза вызывает резкое накопление больших вакуолей, что в конечном счете приводит к нарушению целостности мембраны и гибели клеток путем пока неохаракте-ризованного механизма. Эти фенотипические особенности, обычно связанные с такими неапоптопическими типами гибели клеток, как запрограммированный некроз, аутофагия, параптоз, метуозис, обращают внимание со стороны научного сообщества в качестве альтернативной стратегии борьбы с опухолями, резистентными к апоптозу. Зависимость наблюдаемых фенотипических эффектов от концентрации 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидрокса-мовых кислот позволяет проводить селективное воздействие на раковые клетки, что может привести к различным клиническим результам контролируемым образом.

Появление устойчивости опухоли одновременно к ряду различных препаратов известно как множественная лекарственная устойчивость (МОК). Это обычно связано с активацией транспортных белков, таких как р-гликопротеин, в результате чего происходит снижение внутриклеточной концентрации препарата. МОЯ является основным фактором неудач в химиотерапии, например, с такими широко использующимися препаратами, как таксол и винбластин. Для оценки эффективности 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот по отношению к МОЯ клеткам, использовалась МОЯ саркомы матки клеточной линии МЕ8-8АЛ)х5, устойчивые к ряду субстратов р-гликопротеина, которые были получены из материнской саркомы матки клеточной линии МЕБ-ЯА, выращенной в присутствии возрастающей концентрации доксорубицина. Активность таксола и винбластина в отношении клеточной линии МОИ. по сравнению с исходной линией снизилась в более чем тысячу раз. В противоположность этому было лишь небольшое изменение восприимчивости этой клеточной линии к испытуемым соединениям.

MES-SA GI50 in vitro (мкмоль) MES-SA/Dx5 GI50 in vitro (мкмоль)

Таксол 0.007 9.8

Винбластин 0.006 5.0

ЗЬ 2.0 2.5

Таким образом, было установлено, что 2-арил-2-(3-индолил) ацетогид-роксамовые кислоты представляют интерес как новый молекулярный каркас, демонстрирующий значительную противоопухолевую активность через цитостатический неапоптотический механизм действия, в том числе и по отношению к лекарственно-устойчивым формам рака.

3. Синтез 2-хинолонов на основе реакции трансаннелирования 2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот

Среди природных и синтетических 3-замещенных 2-хинолонов были найдены соединения с широким спектром биологических активностей. Сильные флуоресцентные свойства в сочетании с химической и термической устойчивостью таких соединений позволяют использовать их в качестве лазерных красителей, оптических датчиков и в качестве донорных хромофоров в FRET - системах. Не удивительно, что поиск новых путей синтеза 2- хинолонов привлекает большое внимание.

Стандартными подходами к таким системам являются: реакция Вильс-майера-Хаака, Кнорра и Фридлендера, процессы металлокомплексного ка-

тализа, а также появившиеся в последнее время реакции кросс-сочетания позволяют получать различные 3- и 4-замещенные 2-хинолоны. Во всех этих подходах заместитель в третьем положении происходит из дорогих или сложных прекурсоров, что значительно уменьшает количество получаемых такими методами продуктов.

Мы предложили удобный метод синтеза широкого спектра 3-арил- и 3-алкилзамещенных 2-хинолонов без использования металлокомплексного катализа, включающий неизвестную ранее реакцию трансаннелирования доступных 2-замещенных индолов при действии p-нитроалкенов в полифосфорной кислоте. Такой подход открывает пути синтеза 2-хинолонов с широким спектром заместителей в положении 3, источником которых являются в конечном итоге легкодоступные бензальдегиды. Также мы нашли модификацию данного метода - one pot трехкомпонентный синтез 2-хинолонов, используя коммерчески доступные и недорогие реагенты.

Изучая реакции непредельных нитросоединений с индолами в ПФК, мы предположили, что можно осуществить расширение пятичленного кольца индола с образованием 2(1//)-3,4-дигидрохинолонов 14 путем трансаннелирования гидроксамовой кислотой. Эксперимент с 2-фенилиндолом 1а, (3-нитростиролом 2а и 4-метокси-Р-нитростиролом 2т показал, что расширение цикла действительно происходит, однако заместитель, находящийся во втором положении индола 1а не включен в структуру продукта. В качестве побочного продукта был выделен бензамид 16а, а основным продуктом реакции стали З-арил-2-хинолоны 15.

Оптимальные условия для этого превращения включают нагревание смеси 2-замещенных индолов с нитроалкенами в ПФК с 80%-ным содержанием Р205 при 80-85°С в течении примерно 30 мин. и затем при 95-

ЮО°С в течении нескольких часов. В реакцию вступают также Ы-замещенные индолы. Природа заместителя во 2-ом положении индольного ядра не оказывает влияния на выход продукта, поэтому в качестве предшественника более удобно использовать изоскатол 1е, так как в качестве побочного продукта образуется ацетамид 10Ь, легко удаляемый при обработке водой. Взаимодействие скатола с р-нитростиролом 2а приводит к 3-фенил-2-хинолону с низким выходом (12%) лишь при температуре 140°С. Можно предположить, что в этих условиях происходит перегруппировка 3-метилиндола в 2-метилиндол. Хорошие выходы (62-92%) были получены при реакции с нитростиролами, содержащими как электроноакцептор-ные заместители, так и электронодонорные. При наличии в орто-положении р-нитростирола заместителей происходит значительное снижение выхода реакции или же она не протекает вовсе. Таким образом, в реакциях 1 -бром-2-(2-нитровинил)бензола, и 1,2-диметокси-3-(2-нитровинил)бензола с 2-ме-тилиндолом не наблюдается образование 3-арил-2-хинолонов.

1а: И'=Н, К2-РЬ; е: Я2=Ме; (: Я'=Ме, Я2=Ме 2а: Я3=РЬ; а: Я3=3,4-Л-Ме-С6Н3; е: Я3=4-/-Рг-С6Н4; Ь: К3=4-ЕЮ-С6Н4; у. 113=3,4-Л-С1-С6Н3; к: 113=3-Вг-С6Н,; 1: Я3=4-Р-С6Н4; ш: Я3=4-МеО-С6Н4; п: 113=3-Р-С6Н4;о: Я3= 2-Р-С6Н4;р: Я2=3,4-<й-МеО-С6Н3;Ч: Л2==я-Рг; 15а: Р'=Н, К3=РЬ; Ь: К3=3,4-сЛ-Ме-С6Н3; с: Я'=Н, К3=4-/-Рг-С6Н4; й: Я'=Н, Я3=4-Е10С6Н4; е: 113=3,4-<Й-С1-С6Н3; Г: Я'=Н, К^З-Вг-С6Н4; К'=Н, Я3=4-Р-С6Н4; Ь: Я'=Н, Я3=4-МеО-С6Н4; ¡: Я'=Н, Я:=3-Р-С6Н4; Я^Н, Я2=2-Р-С6Н4, к: Я'=Н, 112=3,4-<Л-МеО-С6Н3; 1: К'=Н, Я2=«-Рг; т: Я'=Ме, К3=РЬ

Наиболее вероятный механизм представлен на схеме ниже.

Мы предположили, что первая стадия включает атаку нитроалкена по положению 3 индола с образованием нитроновой кислоты, превращающейся в термодинамически стабильный ангидрид гидроксамовой кислоты 7. Механизм аналогичен,- приведенному для образования гидроксамовых

кислот 3. Действительно, на этой стадии реакции, как отмечалось выше, была выделена в качестве единственного продукта гидроксамовая кислота За. Подтверждением общего промежуточного служит тот факт, что введение в условия реакции гидроксамовой кислоты За приводит к образованию З-фенил-2-хинолона 15а с выходом 91%.

95-100°С

+ 16а

15а

Следующая стадия реакции требует увеличения температуры с 80-85°С до 95-100°С и начинается с внутримолекулярной нуклеофильной атаки М-гидроксильной группы по иминогруппе соединения 17 с образованием промежуточного 18, которое в присутствии кислоты таутомеризуется в енамин 19, вступающий в реакцию ретро-Дильса-Альдера, в ходе которой образуется анилид 20.

+ н

ОР(О)СОН),

V /

0Р(0)(0Н),

Далее происходит миграция ацильной группы анилида к более нуклеофильной иминогруппе с образованием анилина 21, который в результате

нуклеофильной атаки атома азота по ацилиминогруппе превращается в аминохинолин 22, циклизующийся в спиродиоксофосфазин 23, от которого с образованием 2-хинолона 15 отщепляется ангидрид 24, дающий, при обработке реакционной смеси водой амид 16.

Альтернативное завершение механизма может протекать через внутримолекулярную нуклеофильную атаку анилина 21 по иминиевому фрагменту с последующим отщеплением фосфата, приводящую к промежуточному ацилиминию 25, который при обработке водой превращается в амид 16 и целевой продукт 15.

он

-н,ро,-

ссС ^ссс ♦ л

25 Д.

Если реализуется этот механизм, соединение 25 должно быстро аромати-зоваться в термодинамически более стабильный ацетаминохинолин 26, который должен подвергаться гидролизу в ПФК в условиях реакции с образованием 2-хинолона 15.

25 Г'^О 26 ^ о 15

Однако было показано, что превращение ацетаминохинолина 26 в 2-хинолон 15 не происходит в условиях реакции, что указывает на образование спиродиоксофосфазина 23, как представлено в механизме реакции.

Также как и в случае гидроксамовых кислот, для получения хинолонов 15 вместо нитростиролов 2 можно использовать нитроспирты 10.

РРА

1е,Г

к'

он о"

10а-<1

чэ

16а,Ь

15а-с, п, о

1е: Я'=Н, Я2=Ме; Г: Я'=Ме, Я2=Ме; 10а: Я3=РЬ; Ь: К3=3,4-Л-Ме-С6Н3; с: Я3=4-1-Рг-С6Н4; а: Я3= и-Рг; 15а: Я'=Н, Я3=РЬ; Ь: К'=Н, К3=3,4-Л-Ме-С6Н3; с: Я^Н, Я3=4-(-Рг-С6Н4; I: Я'-Н, Я2-/;-Рг; т: К'=Мс, Я3=РЬ;

Мы продемонстрировали, что нагревание смеси 2-замещенных индолов 1е,Г с нитроспиртами 10а-с1 в ПФК с 80%-ным содержанием Рг05 при 80-85°С в течение 30 мин и затем при 95-100°С в течение нескольких часов приводит к образованию 2-хинолонов 15 с выходами 60-91%.

Доступность р-нитростиролов определяется доступностью соответствующих альдегидов, поэтому мы предположили, что промежуточные соединения 5 можно получить из нитровинилиндолов 12 и аренов.

Введение нитровинилиндолов 12 в реакцию с аренами 13 в ПФК с 80%-ным содержанием Р205 при 80-85°С в течение часа, а затем при 95-100°С в течение нескольких часов приводит к образованию 2-хинолонов.

13с: R'=H, R2=EtO; d: R'=H, R2=EtO; e: R'=MeO, R2=MeO; 15d: R'=H, R2= EtO;

h: R'=H, R2 = MeO; k: R'=MeO, R2=MeO; 12b: R3= Ph; c: R3= Me

В качестве субстратов можно использовать арены, содержащие донор-ные заместители, выход реакции 79-87%.

Получение хинолонов, так же как и образование гидроксамовых кислот, можно объединить с синтезом индолов по Фишеру как one pot процесс.

8а: R4=H; Ь: Я4=Ме; с: 114=МеО; d: R4=C1; 15а: R4=H; п: R4=Me; о: R4=MeO;

р: Я4=С1;

Действительно, при взаимодействии арилгидразинов 8а-с1 и ацетофенона 9а, образующиеся 2-фенилиндолы подвергаются трансаннелированию в реакции с нитростиролом 2а, с образованием хинолонов 15а,п-р с высокими выходами.

Для осуществления этого превращения смесь арилгидразина 8а-с1 и ацетофенона 9а нагревают в ПФК с 80%-ным содержанием Р2О5 при темпера-

туре 100-110 °С в течение 40 мин, после охлаждения реакционной смеси до 80-85°С вводят нитростирол 2а, и ведут реакцию в течение 30 мин, затем при 95-100°С еще 1-2 часа. Выход продукта составляет 79-87%.

Таким образом, нами была исследована реакция непредельных нитросо-единений с индолами в ПФК, в результате чего были разработаны новые методы синтеза 2-хинолонов на основе трансаннелировання индолов. Этот процесс реализован в ряде модификаций, включая мультикомпонентный one pot процесс, исходя из арилгидразинов, основанный на последовательности реакций Фишера и трансаннелировання 2-замещенных индолов непредельными нитросоединениями.

4. Синтез 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов на основе циклизации 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот

Многие индолокарбазолы обладают интересной биологической активностью, например, ингибитор теломеразы Dictyodendrin А содержит индо-ло[2,3-с]карбазольный фрагмент. Мы предположили, что ангидрид гидро-ксамовой кислоты, образующийся в результате конденсации нитростиролов с 2-арилиндолами может превращаться в гидроксиламин 27. Гидроксиламин, как известно, в присутствии кислоты способен циклизо-ваться с образованием 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазола 28.

Действительно, нагревание смеси индола 1Ь с р-нитростиролом 2а в ПФК с 73%-ным содержанием Р205 при 65-70°С в течение 8 часов приводит к образованию 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазола с выходом 16%.

5. Реакция индолов с непредельными нитросоединеннями в ПФК с 87%-ным содержанием оксида фосфора (V)

Из литературы известно, что гидроксамовые кислоты подвергаются перегруппировке Лоссена с образованием аминов при действии полифосфорной кислоты. Обычно условия реакции включают нагрев реакционной смеси до 150-170°С в течение 5-10 минут.

Наилучшие результаты достигнуты нами при нагревании смеси 2-замещенных индолов с Р-нитростиролами в ПФК с 87%-ным содержанием Р2О5 при 70-75°С в течение 6-8 часов. Выход реакции - 32-36%

29а: R=4-i-Pr-C6H4, b: R=4-MeO-C6H4

При использовании ПФК с концентрацией Р2О5 80% реакция протекает в направлении, ведущем к образованию 2-хинолонов. При использовании ПФК с концентрацией Р205 86%, а так же при проведении процесса при более высокой температуре помимо продукта перегруппировки Лоссена образуется небольшое количество 2-хинолона. Получение арил(3-индолил)метиламинов можно объединить с синтезом индолов по Фишеру

как one pot процесс. Выход реакции составляет 31-37%.

***

Таким образом, нами были исследованы реакции непредельных нитросо-единений с 2-замещенными индолами в ПФК. Разработан метод синтеза 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот и изучена их противоопухолевая активность. Обнаружена новая реакция расширения пятичленного кольца индола путем трансаннелирования 2-(3-индолил) ацетогидроксамо-вых кислот и разработан метод синтеза 2-хинолонов на ее основе. Используя эту методологию, осуществлен синтез 2-арил-2-(3-индолил) ацетогидрокса-мовых кислот и синтез 2-хинолонов в тандеме с реакцией Фишера исходя из фенилгидразинов. Разработан метод синтеза 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов на основе циклизации 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамо-вых кислот. Так же синтез 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот был объединен с перегруппировкой Лоссена.

Выводы

1. Разработаны методы синтеза ранее неизвестных 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот, основанные на взаимодействии 2-арилиндолов с ß-нитростиролами в ПФК при 70-75 °С, в том числе трехкомпонентный вариант, в котором 2-арилиндолы образуются в ходе синтеза по реакции Фишера.

2. У ряда 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот обнаружена высокая цитостатическая и цитотоксическая активность, в том числе и по отношению к лекарственно-устойчивым типам рака.

3. Обнаружена новая реакция трансаннелирования 2-замещенных индолов непредельными нитросоединениями в З-арил-2-хинолоны. Разработан ряд ее различных модификаций, которые включают как использование комбинации арен - непредельное нитросоединение, включая 3-нитровинилиндолы, так и мультикомпонентный one pot процесс исходя из арилгидразинов, основанный на последовательности реакций Фишера и трансаннелирования 2-замещенных индолов непредельными нитросоединениями.

4. Разработан метод синтеза 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов на основе циклизации 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

5. Показано, что при использовании полифосфорной кислоты с 87%-ным содержанием оксида фосфора (V) образующиеся в ходе реакции 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты претерпевают перегруппировку Лоссена.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в журналах перечня ВАК:

1. Aksenov, А. V. Metal-Free Transannulation Reaction of Indoles with Nitrostyrenes: A Simple Practical Synthesis of 3-Substituted 2-Quinolones. / A.V. Aksenov, A.N. Smirnov, N.A. Aksenov, I.V. Aksenov. L.V. Frolova, A. Kornienko. I.V. Magedov. M. Rubin // ChemCommim. - 2013. - V. 49. - pp. 9305-9397- DOI: 10.1039/C3CC45696J

2. Аксенов, A.B. Новый метод синтеза 1,8-дигидропиридо[2,3,4-",/г]перимидин-7(б//)-оноп. / A.B. Аксенов, H.A. Аксенов, А.Б. Кумшаева, А.Н. Смирнов, О.Н. Надеин // ХГС. - 2012. - № 8. -С. 1361 - 1363.

Статьи в сборниках и тезисы докладов:

3. Аксенов, А. В. Новый метод синтеза диарилацетогидроксамовых кислот. / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, О.Н. Надеин // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной всемирному году химии - Москва, РУДН - 2011. - С. 130.

4. Аксенов, A.B. Непредельные нитросоединения в ПФК в синтезе ге-тероциклов. / A.B. Аксенов, О.Н. Надеин, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов // Новые направления в химии гетероциклических соединений. Вторая Международная научная конференция. - Ставрополь: Графа -2011.-С. 67.

5. Аксенов, A.B. ß-Нитростирол как предшественник диарилацетогидроксамовых кислот. / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, О.Н. Надеин // Тезисы докладов XIV молодежной конференции по органической химии - Екатеринбург: ИОС РАН - 2011. - С. 90.

6. Аксенов, A.B. Непредельные нитросоединения в синтезе гидрокса-мовых кислот и полиядерных гетероциклических соединений. / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, О.Н. Надеин // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной всемирному году химии: Ч. 1. Секция «Органическая химия» - Москва, РУДН -2012. -С. 88.

7. Аксенов, A.B. Синтез гидроксамовых кислот и полиядерных гетероциклических соединений на основе реакции аренов с непредельными ароматическими соединениями. // A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, И.В. Аксенова // Тезисы докладов XV Молодежной школы-конференции по органической химии - Уфа: Гилем -2012.-С. 235.

8. Аксенов, A.B. Особенности реакции непредельных нитросоедине-ний с 2-арилиндолами в ПФК / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» — Екатеринбург: УрФУ — 2012.-С. У 39.

9. Аксенов, A.B. Реакции алифатических нитросоединений в условиях катализа полифосфорной кислотой / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, И.В. Аксенова // Катализ в органическом синтезе: Сборник тезисов и статей международной молодежной конференции, г. Новочеркасск 4-6 июля 2012 г./ Юж.-Рос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЛИК - 2012. - С. 97.

10. Смирнов А.Н. Особенности реакций 2-арилиндолов с непредельными нитросоединениями в ПФК / А.Н. Смирнов, A.B. Аксенов, H.A. Аксенов, И.В. Аксенова // Сборник статей III-й международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Т. 1, «Органическая химия и гетерогенные процессы», Пермь: ПС «Гармония» - 2012. - С. 289-291.

11. Аксенов, A.B. Непредельные нитросоединения в синтезе 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, А. М. Жиров И Материалы XI международного семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) - Ростов-на-Дону — 2013. — С. 51.

12. Аксенов, A.B. Синтез, превращения и биологическая активность индолилацетогидроксамовых кислот / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, О.П. Воронина, И.В. Аксенова // Сборник статей XVI молодежной школы-конференции по органической химии, Ставрополь: СКФУ — 2013. - С. 61

13. Аксенов, A.B. Синтезы 2-хинолонов и других гетероциклических соединений на основе реакций трансаипелирования индолов / A.B. Аксенов, А.Н. Смирнов, H.A. Аксенов, Р.Д. Рыжков, И.В. Аксенова, М. Рубин // Материалы Третьей Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Ставрополь: СКФУ - 2013. - С. 108.

Смирнов Александр Николаевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано в печать 12.11.13

ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная

Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз.

Уч.-изд.л. 0,98 Заказ 380

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного электронного оригинала-макета в ООО «Ветеран»

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Смирнов, Александр Николаевич, Ставрополь

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи 04201450898 / /

СМИРНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЕДЕНИЕ 2-ЗАМЕЩЕННЫХ ИНДОЛОВ В РЕАКЦИЯХ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯМИ В ПОЛИФОСФОРНОЙ

КИСЛОТЕ

02.00.03 - органическая химия Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор A.B. Аксенов

Ставрополь 2013

-2-

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

Глава 1. Поведение аренов в реакциях с непредельными

нитросоединениями (литературный обзор)........... 9

1.1. Реакции, проводимые без катализатора............ 9

1.2. Реакции, катализируемые кислотами Бренстеда.. 12

1.3. Реакции, катализируемые кислотами Льюиса....... 20

1.4. Реакции, протекающие в условиях асимметрического катализа.............................................. 31

Глава 2. Обсуждение результатов.................................. 45

2.1. Синтез 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот........................................................ 45

2.1.1. Синтез 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых

кислот из индолов......................................... 45

2.1.2 Синтез 3-индолилацетогидроксамовых кислот

мультикомпонентной реакцией........................ 48

2.1.3. Синтез 3-индолилацетогидроксамовых кислот из нитровинилиндолов....................................... 50

2.1.4. Установление строения 2-арил-2-(3-индолил) ацетогидроксамовых кислот............................. 51

2.2. Биологическая активность 2-арил-2-(3-индолил) ацетогидроксамовых кислот............................. 64

2.3. Синтез 2-хинолонов на основе реакции трансан-нелирования индолов..................................... 72

2.3.1. Синтез 2-хинолонов из индолов........................ 74

2.3.2. Синтез 2-хинолонов из нитровинилиндолов........ 80

2.3.3. Синтез 2-хинолонов мультикомпонентной реакцией из арилгидразинов................................. 81

2.3.4. Установление строения 2-хинолонов................. 82

2.4. Синтез 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов на

основе циклизации 2-арил-2-(3-индолил)

ацетогидроксамовых кислот............................ 91

2.4.1. Установление строения 5,12-дигидроиндоло[2,3-

с]карбазола.................................................. 92

2.5. Реакция индолов с непредельными нитросоеди-нениями в ПФК с 87%-ным содержанием оксида

фосфора (V)....................................................................................95

2.5.1. Установление строения арил(3-индолил)

метиламинов................................................ 96

Глава 3 Экспериментальная часть................................ 102

Выводы..........•............................................ 109

Литература.................................................. 110

ВВЕДЕНИЕ

Создание новых классов лекарственных препаратов является актуальной задачей, в решение которой вовлечено значительное число научных коллективов. Особое место занимает поиск новых молекулярных каркасов и путей синтеза уже известных для создания противоопухолевых препаратов.

Устойчивость злокачественных опухолей к апоптозу является серьезной проблемой в клинической практике, поскольку большинство из имеющихся в настоящее время химиотерапевтических агентов работает именно через индукцию апоптоза и, следовательно, малоприменимо для пациентов, страдавших от таких злокачественных новообразований. Такая устойчивость к апоптозу наблюдается для опухолей легких, печени, желудка, пищевода, поджелудочной железы, а также меланомы и глиомы [1]. Например, пациенты, страдающие от одного из представителей класса глиом, известного как глиобластома [2, 3], имеют среднюю продолжительность жизни менее 14 месяцев при лечении по стандартной методике: хирургическая резекция, радиотерапия и химиотерапия темозоломи-дом [4]. Поскольку клетки этой глиомы являются резистентными к апоптозу, они плохо поддаются традиционной химиотерапии с использованием проапоптотиче-ских агентов [3, 5]. Кроме того, следует отметить, что 90% онкологических больных умирают от метастазов опухоли [6], а метастатические раковые клетки имеют устойчивость к процессу, который называют аноикис, то есть гибель клеток в результате потери контакта с внеклеточной матрицей или соседних клеток [6]. Эта устойчивость создает дополнительные трудности, делая метастатические клетки резистентными к апоптозу и, следовательно, практически не реагирующими на большинство проапоптотических агентов [3, 7-9]. Одним из решений подавления устойчивости к апоптозу является дополнение цитотоксических терапевтических схем цитостатиками. Кроме того, у опухолей часто развивается лекарственная устойчивость к значительному количеству химиотерапевтических агентов [10-13]. Таким образом, поиск новых цитостатических противоопухоле-

вых препаратов, которые могут преодолеть резистентность раковых клеток апоптозу, является важной задачей [14].

Среди соединений, обладающих широким спектром биологической активности, мы обратили внимание на вещества, содержащие такой структурный элемент, как бензгидрильный радикал. Так, 2,2-диарилэтиламины являются агони-стами рецепторов аденозина А2, а их производные, содержащие фрагмент адено-зина, являются ингибиторами альдостерона [15,16]. Кроме того, разработаны такие нейролептические препараты класса диарилбутилпиперидинов, как флуспи-рилен, пимозид, пенфлуридол. Среди производных диарилуксусных кислот обнаружены агенты, оказывающие холинолитическое и миотропное действие, такие как спазмолитин, амизил, арпенал и тифен [17]. С другой стороны, известно, что функция гидроксамовой кислоты является важным фармакофором [18-20], активно использующимся при поиске новых биологически-активных веществ и в дизайне высокоэффективных препаратов с противоопухолевой, противовирусной и бактериостатической активностью. Именно разработке методов синтеза гидрок-самовых кислот, содержащих бензгидрильный остаток и его гетероциклические аналоги, посвящена значительная часть этой работы.

Другая часть посвящена разработке новой синтетической методологии на основе превращений таких гидроксамовых кислот в З-арил-2-хинолоны, среди которых найдено значительное количество веществ, обладающих высокой биологической, в том числе антираковой, активностью. Кроме того, продемострирован синтез полиядерных ароматических соединений, являющихся аналогами природных веществ.

В литературе описан единственный прецедент [21] образования диарила-цетгидроксамовых кислот при взаимодействиидействии р-нитростирола с дибен-зо-18-краун-6 эфиром. Показано, что в результате этого превращения образуется смесь продуктов диалкилирования краун-эфира. Этот факт был положен нами в основу разработки общего и высокоэффективного препаративного метода. Другой предтечей данной работы послужило открытие в нашей лаборатории методов

ацетамидирования [22,23] и карбамоилирования [24] аренов нитроалканами в полифосфорной кислоте.

Цель работы:

Исследование поведения 2-замещенных индолов в реакциях с непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте. Разработка метода получения 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот, и исследование их превращений в полифосфорной кислоте.

Задачи исследования:

2. Определение возможности реализации синтетической последовательности: реакция Фишера - алкилирование индолов непредельными нитросоединениями в полифосфорной кислоте.

3. Исследование синтетических возможностей арилиндолилацетогидрок-самовых кислот.

4. Установление строения полученных соединений.

5. Исследование биологической активности полученных соединений.

Научная новизна теоретическая и практическая значимость.

Показано, что реакция 2-замещенных индолов с p-нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 65-70 °С приводит к образованию ранее неизвестных 2-замещенных-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

Установлено, что реакция 2-замещенных индолов с {3- нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 95-100 °С приводит к образованию З-замещенных-2-хинолонов. Показано, что реакция включает образование 2-замещенных-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот, так как последние в этих условиях реагируют аналогично.

Разработан метод синтеза З-арил-2-хинолонов из соответствующих арилгид-разонов, ацетофенона и Р-нитростиролов, основанный на one pot синтетической последовательности: реакция Фишера - взаимодействие образующихся на первой стадии 2- фенилиндолов с p-нитростиролами в ПФК.

Показано, что 2-замещенные-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты и З-арил-2-хинолоны могут быть получены из 2-замещенных-р-нитровинилиндолов их реакцией с аренами, содержащими донорные заместители, в полифосфорной кислоте с 80%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 65-70°С и 95-100 °С соответственно.

Найдено, что реакция 2-(2-нафтил)индола с нитростиролом в ПФК с 73%-ным содержанием оксида фосфора (V) при температуре 70-75°С приводит к образованию 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазола.

При использовании полифосфорной кислоты с 87%-ным содержанием оксида фосфора (V) промежуточные 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовые кислоты вступают в перегруппировку Лоссена с образованием арил(3-индолил)метил аминов.

На защиту выносятся:

1. Методы синтеза 2-арил-2-(3-индолил)ацетогидроксамовых кислот.

2. Новые методы трансаннелирования 2-замещенных индолов непредельными нитросоединениями и методы синтеза хинолонов на их основе.

3. Метод синтеза 5,12-дигидроиндоло[2,3-с]карбазолов.

4. Синтез индолиларилметиламинов из индолов или арилгидразинов.

5. Антираковая активность 3-индолиларилацетогидроксамовых кислот.

Достоверность полученных результатов. Строение синтезированных соединений подтверждено с помощью !Н, 13С ЯМР-спектроскопии (в том числе COSY и HMQC), ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии высокого разрешения,

данными элементного анализа и для описанных веществ встречным синтезом.

Автор выражает благодарность своему научному консультанту Аксенову Николаю Александровичу, проф. М. Рубину (Канзасский университет, США) за помощь в написании статей и работы, проф. Снежне Роджерс (Нью Мехико Тек, США) за проведение биологических испытаний синтезированных веществ.

-9-ГЛАВА 1.

Поведение аренов в реакциях с непредельными нитросоединениями

(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Реакции, проводимые без катализатора

Конденсация непредельных нитросоединений с аренами, обладающими высокой нуклеофильностью, может протекать без каких-либо катализаторов. Так, нитроэтилен взаимодействует с гвайазуленом при комнатной температуре в бензоле с образованием 1-(2-нитроэтил)азулена с низким выходом (схема 1). В присутствии муравьиной кислоты выход продукта конденсации значительно увеличивается за счет подавления полимеризации нитроэтилена [25].

Одно из ранних сообщений, относящихся к этой тематике, посвящено синтезу триптамина, ключевая стадия которого представляет собой присоединение нитроэтилена к индолу (схема 2) [26].

Схема 1

Схема 2

При осуществлении этой реакции помимо основного продукта алкилирова-

ния образуется некоторое количество бис аддукта (схема 3) [27, 28].

Схема 3

I _

н о

Продукт присоединения 2-нитропропена, однако, был получен с более высоким выходом, чем нитроэтилена [29]. Реакция с р-нитростиролом более благоприятна несмотря на стерические препятствия. Как можно ожидать, с учетом электронных и стерических эффектов метальной группы реакция с р-метил-р-нитростиролом протекает со значительно более низким выходом. Полимеризация нитроолефина накладывает ограничения на реакцию [26].

При использовании более нуклеофильного 2,3,-бисиндола реакция протекает при комнатной температуре с выходом, близким к количественному (схема 4) [30]. Реакция может протекать без растворителя. Как следовало ожидать, индол в аналогичных условиях не вступает в реакцию.

Скатол, имеющий занятое 3 положение, оказался инертным по отношению

Схема 4

ОМе

к Р-нитростиролу в этих условиях. И-алкилированные индолы обладают относительно низкой реакционной способностью [31]. В качестве растворителя можно использовать воду. Эта методология позволяет проводить реакцию Михаэля с молекулами, имеющими чувствительный к кислоте фрагмент (схема 5) [32].

Схема 5

N Н

Х=Б; 65% Х=0; 68%

Добавление поверхностно-активных веществ не влияет на ее эффективность [33]. В продолжение этих исследований поступило сообщение об алкили-ровании нафтолов нитростиролами в водной среде (схема 6). Продуктов алкили-рования по гетероатому не наблюдались.

Схема 6

¿-

2 Н,0, 30°С

45-100%

Я = Н, ОН; Я1 = ОН, БН, МН2; Я2 = Н, ОН Замена воды на другие растворители существенно снижает выход [34]. 2-

Гидрокси-1,4-нафтохинон также успешно вступает в эту реакцию (схема 7).

Введение стерически затрудненных р-нитростиролов не снижает эффективность процесса [35]. Проведение реакции под действием ультразвука позволяет сократить ее продолжительность и использовать мягкий температурный режим.

1.2. Реакции, катализируемые кислотами Бренстеда

Интересной особенностью нитронафталинов является их дипротонирова-ние под действием трифторметансульфоновой кислоты с образованием М,1М-дигидроксииминиевого катиона, стабильного даже при -40°С, что позволило получить информацию о его строении методами УФ- и ЯМР-спектроскопии. Спектральные данные позволяют исключить протонирование с участием нафталинового ядра. Использование дейтеротрифторметансульфоновой кислоты показывает отсутствие обмена протонов нафталинового ядра [36]. Было показано, что дика-тионы, образующиеся в результате протонирования нитронафталинов, выступают как электрофильные реагенты по отношению к аренам (схема 8).

Схема 7

)ае1с180-90%

Схема 8

Образование 2,3-дифенил-1-нафтиламина, по-видимому, происходит по механизму, предложенному в работе [37].

В присутствии сильных кислот, таких как трифторметансульфоновая кислота, методами ЯМР-спектроскопии и криоскопии зафиксировано образование дикатионов нитроалкенов, которые являются стабильными даже при О °С. В случае с (3-нитростиролом это можно объяснить стабилизацией катионного центра за счет сопряжения с ароматическим кольцом (схема 9).

Схема 9

Однако, известен интересный факт существования дикатиона, образующегося из 1-нитро-2-метил-1-пропилена, достаточно стабильного, чтобы его можно

было наблюдать с помощью .ЯМР-спектроскопии.

Р-Метил-Р-нитростирол образует похожий дикатион, по данным ЯМР-спектроскопии установлено, что Е- и 2-стереоизомеры находятся в соотношении 95:5. В обоих случаях в спектрах не наблюдаются сигналы, принадлежащие их сопряженным основаниям.

Были изучены реакции дикатионов непредельных нитросоединений с таким нуклеофилом, как бензол, реакция с которым протекает количественно при низкой температуре с образованием оксима (схема 10). Использование замещенных аренов приводит к смеси продуктов орто- и газрд-замещения [37]. При замене трифторметансульфоновой кислоты на трифторуксусную реакция не протекает.

Схема 10

В присутствии 10 эквивалентов трифторметансульфоновой кислоты реакция протекает с количественным выходом. В то же время, 1 эквивалент не катализирует реакцию даже при комнатной температуре. Изменение порядка прибавления реагентов не оказывает влияния на выход реакции [38]. При замене нит-роалкена на нитроспирт реакция не протекает, что исключает возможность образования С-протонированных катионов [39].

При замене протона в а-положении нитроалкена на алкильную группу

(схема 11) образующийся иминиевый центр оказывается достаточно стабильным, чтобы остановить присоединение второй молекулы бензола при низких температурах. При введении в реакционную смесь после стадии присоединения по Михаэлю более нуклеофильного метанола происходит реакция Нефа [40-46] с его участием [47].

Схема 11

При проведении реакции при более высокой температуре (8°С) образуются оксим ацетофенона и трифенилметан (схема 12) [38].

Схема 12

При проведении реакции с бензолом в условиях повышенной температуры наблюдается образова�