Реакция каталитического циклометаллирования в химии стероидов и терпеноидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ИСЛАМОВ ИЛЬГИЗ ИЛШАТОВИЧ

РЕАКЦИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ЦИКЛОМЕТАЛЛИРОВАНИЯ В ХИМИИ СТЕРОИДОВ И ТЕРПЕНОИДОВ

02.00.03 - Органическая химия 02.00.15 - Кинетика и катализ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 с РГМ 7

Уфа-2015

005562376

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук

Научный руководитель:

Дьяконов Владимир Анатольевич,

доктор химических наук, доцент

Научный консультант:

Джемилев У сени Меметович,

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН

Официальные оппоненты:

Галин Фанур Зуфарович,

доктор химических наук, профессор, ФГБОУ ВПО БашГУ

Байбулатова Наиля Зинуровна,

доктор химических наук, доцент, ФГБУН УфИХ РАН

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им Н.Н. Воронцова СО РАН

Защита диссертации состоится «6» октября 2015 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д.002.062.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук по адресу: 450075, г. Уфа, проспект Октября, 141. Тел./факс: (347)2842750, e-mail: ink@anrb.ru. веб-сайт: http://ipc-ras.ru/defeance.html.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа Российской академии наук и с авторефератом на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ (http://vak.ed.gov.ru/').

Автореферат разослан "2" сентября 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук Шарипов ГЛ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы1. Внедрение методов металлокомплексного катализа в практику металлоорганического синтеза позволило не только усовершенствовать известные, но и разработать ранее неописанные реакции конструирования новых металл-углеродных, водород-углеродных, гетероатом-углеродных, углерод-углеродных связей.

Например, с использованием реакций каталитического циклометаллирования непредельных соединений с помощью алкильных, алкилгалогенидных производных магния и алюминия в присутствии комплексов переходных металлов (Zr, Ti, Со, Hf, Та) в одну препаративную стадию удается синтезировать ранее неописанные трех- и пятичленные алюминий- и магшгаорганические соединения с высокими выходами. Последние, как было показано, in situ вступают в реакции замены атомов непереходных металлов на атомы кислорода, серы, фосфора, а также карбоциклизации или кросс-сочетания с получением практически важных карбо- и гетероциклов, а также бифункциональных соединений.

К моменту начала наших исследований в мировой литературе уже был накоплен значительный опыт по синтезу циклических алюминий- и магнийорганических соединений реакциями каталитического циклометаллирования алкенов, алкинов, 1,2-диенов, однако, отсутствовали сведения о применении разработанных реакций на примере непредельных производных терпенов и стероидов. Между тем, по-нашему мнению, осуществление указанных реакций позволило бы разработать оригинальные методы и подходы к введению в упомянутые классы природных и синтетических соединений карбо- или гетероциклических фрагментов и синтезировать практически важные функционально замещенные производные терпенов и стероидов, представляющих интерес для медицины, пищевой и парфюмерной промышленности.

Таким образом, разработка новых методов направленной модификации стероидов и терпенов, основанных на новых реакциях каталитического циклометаллирования непредельных соединений, является важной и актуальной задачей.

Цель исследования. Осуществление каталитического циклометал- лирования непредельных производных стероидов и терпенов, содержащих в своей структуре метиленциклобутановые, алкенильные, а также алкадиенильные фрагменты, с помощью простейших ациклических А1- и Mg-органических соединений под действием Zr- и Ti-содержащих катализаторов, открывающих простой и эффективный путь к получению новых класс.ов пятичленных алюмина- и магнезакарбоциклов, последующие трансформации которых in situ по активным металл-углеродным связям в реакциях карбоциклизации, кросс-сочетания и деметаллирования в одну препаративную стадию приведут к разработке оригинальных препаративных методов их функционализации, а вместе с тем, к получению новых производных стероидов и терпенов, содержащих функциональные группы, карбо- и гетероциклические фрагменты, в том числе спирановой структуры.

В рамках диссертационной работы определены следующие наиболее важные задачи:

- разработать оригинальные методы синтеза спиросочлененных и аннелированных метиленциклобутановых, алкенильных и алкадиенильных производных стероидов и терпенов;

1 Автор выражает благодарность члену-корреспонденту РАН У.М. Джемилеву за выбор направления исследования и постоянную no.uoufb при обсуждении и интерпретации полученных результатов.

осуществить синтез ранее неописанных циклических Al-органических соединений - алюминаспиро[3.4]октанов, замещенных алюминациклопентанов каталитическим циклоалюминированием синтезированных непредельных производных стероидов и терпенов, содержащих метиленциклобутановые и алкенильные фрагменты с помощью Et3Al в присутствии комплексов Zr;

- направленной трансформацией образующихся in situ замещенных алюминакарбоциклов, в том числе спирановой структуры, синтезировать соответствующие карбо-, гетероциклические, а также бифункциональные соединения;

- разработать эффективный метод синтеза практически важных гибридных молекул, а именно, новых производных 5Z,9Z-Aiieii0Bbix кислот, содержащих в своей структуре стероидные фрагменты, с применением на ключевой стадии новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра;

- с целью поиска новых эффективных ингибиторов топоизомераз I человека изучить ингибирующую активность полученных гибридных молекул - непредельных кислот in vitro по отношению к человеческой топоизомеразе I.

Научная_новизна. Впервые осуществлено Zr-катализируемое

циклоалюминирование непредельных производных стероидов и терпенов, содержащих метиленциклобутановые или алкенильные фрагменты с помощью Et3Al с получением ранее неописанных циклических алюминийорганических соединений, которые легко вступают в реакции in situ с электрофильными и нуклеофильными реагентами, давая продукты гетероциклизации, окисления и карбоциклизации с получением соответствующих карбо- и гетероциклов, а также функциональных производных с высокими выходами.

Разработаны два оригинальных метода стереоселективного синтеза стероид содержащих 5Z,9Z-,ineiioBbix кислот, основанных на применении реакции перекрестного цикломагнирования 2-(гепта-5,6-диен-1-илокси)тетрагидро-2Н-пирана и 1,2-диеновых производных холестерина с помощью EtMgBr под действием катализатора CP2TÍCI2, второй подход реализован через синтез эфиров гидроксипроизводных стероидов с (5Z,9Zj-TCTpaflCKa-5,9-anenoBori кислотой, полученной в две стадии с применением на ключевой стадии реакции гомо-цикломагнирования 2-(гепта-5,6-диен-1-илокси)тетрагидро-2Н-пирана.

Для ранее неописанных 5Z,9Z^neiioBLix кислот, содержащих в своей структуре стероидные фрагменты, выявлена высокая активность ингибирования человеческой топоизомеразы I, что открывает новые перспективы для разработки таргетных препаратов для лечения онкологических заболеваний на их основе.

Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований с использованием реакций каталитического циклоалюминирования и цикломагнирования непредельных производных терпенов и стероидов разработаны методы синтеза новых классов moho-, би- и полициклических Al- и Mg-органических соединений, в том числе спирановой структуры, обладающих широким синтетическим потенциалом и перспективных в органическом и металлоорганическом синтезе.

Для впервые синтезированных 5Z,9Z-AiieHOBbix кислот, содержащих в своей структуре стероидные фрагменты, обнаружена высокая ингибирующая активность in vitro по отношению к человеческой топоизомеразе I.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Российской конференции Актуальные проблемы нефтехимии (с международным участием, г. Звенигород, 2012); International Conference

Catalysis in organic synthesis (Russia, Moscow, 2012); 6-й Международной конференции молодых ученых «Органическая химия сегодня» (Санкт-Петербург, InterCYS-2014); Всероссийской молодежной конференции-школе с международным участием «Достижения и проблемы современной химии» (посвященная 140-летию со дня рождения C.B. Лебедева и 85-летию основания химического факультета Санкт-Петербургского государственного университета) (Санкт-Петербург, 2014); Всероссийской молодежной конференции «Достижения молодых ученых: химические науки» (Уфа, 2015).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в центральных российских и зарубежных рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science, 6 тезисов докладов всероссийских и международных конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Первая глава включает литературный обзор на тему «Каталитическое циклоалюминирование алкенов триалкил- и алкилгалогеналанами в синтезе замещенных алюминакарбоциклов». Во второй главе представлены результаты собственных исследований по изучению реакции циклоалюминирования непредельных производных терпенов и стероидов с помощью Et3Al и реакции цикломагнирования 1,2-диенов, содержащих стероидный остов, с помощью доступных реактивов Гриньяра в присутствии комплексов на основе Ti и Zr. Третья глава посвящена описанию экспериментальной части работы.

Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, включает 26 схем, 6 рисунков. Список литературы включает 168 наименований.

Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Института нефтехимии и катализа РАН в соответствии с научным направлением Института по бюджетной теме «Дизайн и применение металлокомплексных катализаторов в химии непредельных и металлоорганических соединений» (№ Госрегистрацни 01201168014).

Автор выражает признательность к.х.н P.A. Туктаровой за помощь при выполнении работы и обсуждении научных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Циклоалюминирование метиленциклобутановых производных терпенов

Терпены и их производные находят широкое применение в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности, а также в качестве полупродуктов в полном синтезе природных биологически активных соединений.

Доступность и широкое распространение терпенов в природе делает этот класс соединений весьма привлекательным и перспективным в органическом синтезе. Поэтому одним из важных направлений химии терпеноидов является разработка новых методов их функционализации с получением соединений, обладающих полезными свойствами.

Мы предположили, что реакция каталитического циклоалюминирования непредельных соединений (реакция Джемилева), позволяющая синтезировать широкий круг моно- и бифункциональных углеводородов, а также карбо- и гетероциклических соединений, может быть использована в качестве эффективного метода функционализации терпенов.

В качестве ключевой реакции для реализации запланированной идеи выбрали недавно разработанную реакцию циклоалюминирования метиленциклоалканов в

соответствующие спироалюминациклопентаны с помощью Е13А1, катализируемую Ср2ггС12.2

В настоящей главе приводятся результаты исследований по каталитическому циклоалюминированию производных монотерпенов ((+)-камфен, 0(+)-камфора, (-) - /?-пинен и Ь(-)-ментол) с помощью Е13А1 в присутствии Cp2ZrCl2 с образованием ранее не описанных циклических алюминийорганических соединений (АОС), последующие трансформации которых привели к синтезу важных гетероциклических производных указанных монотерпенов.

Первоначально синтезировали метиленциклобутановые производные указанных выше терпенов по схеме:

Л ■ Л

Ч^Ч

он о

ч

Схема 1. Синтез метнленциклобутановых производных терпенов. (¡) Ыа2Сг207, АсОН, С6Н6, 20°С, 4 ч; (и) РЬ3Р=СН2, ДМСО, С6Н6, 5 ч; (ш) С13ССОС1, 2п, Е^О, 0-40 "С, 8 ч; (¡V) 2п, АсОН, 60 °С, 4-6 ч; (V) РЬ3Р=СН2, ДМСО, С6Н6, 4 ч.

С учетом ранее полученных результатов по каталитическому циклоалюминированию метиленциклобутанов в условиях (1:Е13А1:|у£г] = 1:3:0.1, гексан, 20—22 °С, 8-12 ч) на примере 1,7,7-триметил-3'-метилен-спиро[бицикло[2.2.1]гептан-2,Г-циклобутана] 1 показали, что последний вступает в реакцию циклоалюминирования с помощью Ес3А1 в присутствии 10 мол. % Cp2ZrCl2 с получением тетрациклического АОС, соответствующего структуре шшш-изомера 2 с выходом 89% (Схема 2).

Схема 2. Каталитическое циклоалюминирование соединения 1. Реагенты и условия: = Ср2ггС12> X = Н (3), X (4); (¡) Е13А1 (3 экв.), [гг] (10 мол.%); (¡¡) Н30+ (89%); (ш) Б30+ (88%); (¡у) ВР3-Е120, ТГФ, 0-20 °С, 4 ч; (у) Ыа0Н-Н202, 16 ч (52%).

2 V.A. D'yakonov et. al. Tetrahedron Lett., 2007, 48, 8583.

Структура полициклического АОС 2 установлена с помощью 'Н, |3С, 27А1 ЯМР спектроскопии, а также идентификацией продуктов его кислотного гидролиза и дейтеролиза. Химические сдвиги углеродных атомов метаплацикла в соединении 2 составляют 5С2' = 23.2, 5С3' = 39.2, 8С4' = 29.9, 8С5' = 3.9 м.д. Характеристичным в спектрах ЯМР "С дейтерированного соединения 4, является триплетное расщепление сигналов концевых углеродных атомов СНУЭ как этильного заместителя 5С = 7.7 м.д. ('•Тсо = 19.0 Гц), так и метального 5С = 24.8 м.д. ('1со = 19.0 Гц), свидетельствующее о наличии двух А1-С-связей в исходном АОС 2. Окисление АОС 2 приводит к образованию смеси моноола 5 с выходом 23% и диола 6 с выходом 29% (Схема 2). Единственный набор сигналов в спектрах 'Н, "С ЯМР серии соединении 2-6 свидетельствует о том, что реакция проходит стереоселективно.

Рисунок 1. Определение стереоконфигурации по ключевым NOE-взаимодействиям в соединении 6.

Стереоконфигурация полученных соединений определена на основе NOESY экспериментов на примере диола 6 (Рисунок 1).

Эффект Оверхаузера наблюдается между сближенными в пространстве протонами метиленоксильной группы 5Н = 3.69 м.д. и экзо-ориентированным протоном каркаса при С(3) углеродном атоме при 8Н = 2.10 м.д. Очевидно, что стереоконфигурация соединений 3-6 обусловлена формированием единственного стереоизомера алюминациклопентана 2 (Схема 2) в реакции каталитического циклоалюминирования.

Для надежного доказательства структуры АОС 2, а также получения новых классов функционально замещенных терпенов, мы попытались осуществить замену атома алюминия в соединении 2 на атомы селена и фосфора с целью получения соответствующих селенофанов и фосфоланов.

Так, кипячением полученного in situ АОС 2 в бензольном растворе (6 ч, 80 °С) с избытком Se получили 3,3-диметилдигидродиспиро[бицикло[2.2.1]гептан-2,1'-циклобутан-3',3'-селенофан 7 с выходом 52% (Схема 3).

Взаимодействием АОС 2 с эквимольным количеством по отношению к Et,Al фенилдихлорфосфином синтезировали полициклический фосфолан, который без предварительного выделения окислен с помощью Н202 в 3,3-диметил-1"-фенилдиспиро[бицикло[2.2.1 ]гептан-2,1 '-циклобутан-3,3 "-фосфолан] 1 "-оксид 8, при соотношении син- и ан/им-изомеров по положению фенильного заместителя при атоме фосфора равном 1:1.

Схема 3. Некоторые трансформации АОС 2. Реагенты и условия: (¡) 8е, СбНб, 80 °С, 6 ч (66%); (и) РЬРС12, С7Н8, -15-20°С, 4 ч; (111) Н202> СНСЬ, 20 °С, 1 ч (79%).

С целью установления общего характера реакции циклоалюминирования для метиленциклобутановых производных терпенов, а также расширения круга изучаемых природных соединений в реакции циклоалюминирования с помощью Е13А1, в разработанных выше условиях, мы исследовали производные (+)-камфена, (-)-/?-пинена и Ц-)-ментола - 3,3-димет1ш-3'-метиленспиро[бицикло[2.2.1]гептан-2,Г-циклобутан] 9, 6,6-диметил-3'-метиленспиро[бицикло[3.1.1 ]гептан-2,1 -циклобутан] 17, 5-изопропил-8-метил-2-метиленсииро[3.5]нонан 24 с целью получения соответствующих АОС спирановой структуры 10,18, 26 (Схемы 4-6).

ТГФ, 0-20 °С, 4 ч; (V) №0Н-Н202, 16 ч (49%); (VI) Бе, С6Н6, 80 °С, 6 ч(65%); (ун) РЬРС12, С7Н8, -15-20°С, 4 ч; (уШ) Н202, СНС13, 20 °С, 1 ч (81%).

Показано, что 3,3-диметил-3'-метиленспиро[бицикло[2.2.1]гептан-2,1 -циклобутан]

9, аналогично 1,7,7-триметнл-3'-метнленспиро- [бицикло[2.2.1]гептан-2,Г-циклобутану] 1, вступает в реакцию с Et3Al в присутствии 10 мол. % Cp2ZrCl2 с получением АОС 10, которое in situ реагирует с BF3-Et20-H202, Se или PhPCl2, давая соответствующие моноол 13, диол 14, спиротетрагидроселенофен 15 и фосфоланоксиды 16 (син/анти = 1:1) с высокой стереоселективностью (Схема 4). Анализ данных NOESY экспериментов позволил идентифицировать стереоконфигурацию соединений 11-16 как антн-изомеров (Схема 4). Характеристичным в NOESY спектре являлся кросс-пик между узловым протоном каркаса при С(1) (5Н= 2.10 м.д.) и метиленовыми протонами при атоме С(2") селенофанового фрагмента.

В отличие от полученных выше результатов циклоалюминирование производных (-)-/?-пинена 17 и Ь(-)-ментола 24 проходит с образованием двух возможных анти-, син-диастереомеров, соотношение диастереомерных АОС 18 и 25 в разработанных выше условиях составляет син:анти1\'Л (Схемы 5, 6). Присутствие удвоенных сигналов в спектрах |3С ЯМР АОС 18 подтверждает наличие двух диастереомеров на стадии образования соответствующего исходного алюминациклопентана.

Схема 5. Некоторые трансформации АОС 18. Реагенты и условия: [Zr] = Cp2ZrCl2, X = H (19), X =D (20); (i) Et,Al (3 экв.), [Zr] (10 мол.%); (ii) H,0+ (88%); (iii) D,0+ (86%); (iv) BF3Et20,

Схема 6. Некоторые трансформации АОС 25. Реагенты и условия: [Zr] = Cp2ZrCl2, X = H (26), X =D (27); (i) Et3Al (3 экв.), [Zr] (10 мол.%); (ii) H30+ (88%); (iii) D30+ (88%); (iv) BF3 Et20, ТГФ, 0-20 °C, 4 ч (45%); (v) Na0H-H202, 16 ч; (vi) Se, C6H6, 80 °C, 6 ч(64%).

Таким образом, нами впервые осуществлено Zr-катализируемое циклоалюминирование метиленциклобутановых производных терпенов с помощью Et3Al с получением ранее неописанных полициклических АОС, которые, как было показано, in situ могут быть превращены в труднодоступные гетероциклические, а также бифункциональные соединения. При этом производные Э(+)-камфоры и (+)-камфена вступают в реакцию циклоалюминирования с высокой стереоселективностью, давая яняш-изомеры.

2 Циклоалюминирование метиленциклобутановых производных Sa-холестаиа

Эффективная модификация природных и синтетических стероидов путем введения в исходную молекулу новых функциональных групп, карбо- и гетероциклических фрагментов, является важной и актуальной задачей органической химии, так как новые производные являются потенциальными биологически активными соединениями.

Поэтому для нас представляло особый интерес и практическую ценность изучить возможность применения разработанной выше реакции каталитического циклоалюминирования метиленциклобутановых производных терпенов (Гл. 1), для направленной модификации стероидных молекул, содержащих в своей структуре фрагменты с кратными С-С-связями.

2.1 Циклоалюминирование 3'-метиле11-(5а)-спиро[холестан-3,Г-циклобутана]

Для осуществления выдвинутой идеи в качестве исходного стероида, выбрали 5а-холестан-ЗР-ол 31 и на его основе впервые синтезировали 3'-метилен-(5а)-спиро[холестан-3,Г-циклобутан] 35 путем последовательных превращений по схеме:

Реагенты и условия: (i) РСС (хлорхромат пиридиния)-А12Оз, СбН6 , 6 ч (81%); (ii) Ph3P=CH2, ДМСО, С6Н6, 60 °С, 5 ч (88%); (iii) С13ССОС1, Zn, Et20,40 "С, 8 ч (64%); (iv) Zn, АсОН, 60 °С, 6 ч; (v) Ph3P=CH2, ДМСО, С6Н<„ 60 °С, 8 ч (74%).

Структура соединения 35 надежно охарактеризована с помощью одномерных ('Н, "С, DEPT 135) и двумерных (HSQC, НМВС и НН COSY) экспериментов ЯМР и РСА.

С учетом ранее полученных результатов по каталитическому циклоалюминированию метиленциклобутановых производных терпенов нами разработаны условия (35:Et3Al:[Zr] = 1:3:0.1, гексан, 20-22 °С, 12 ч), в которых соединение 35 вступает в реакцию циклоалюминирования с помощью Et3Al в присутствии 10 мол. % Cp2ZrCl2 с получением спиро[(5а)-холестан-3,2'-(6'-этил-6'-алюминаспиро[3.4]октана)] 36 (Схема 8).

Схема 8. Каталитическое циклоалюминирование соединения 35. Реагенты и условия: [Zr] = Cp2ZrCl2, X = Н (37), X =D (38); (i) Et3Al (3 экв.), [Zr] (10 мол.%); (ii) H30+ (84%); (iii) D30+ (83%).

В результате кислотного гидролиза и дейтеролиза АОС 36 получены З'-метил-З'-этил-(5а)-спиро[холестан-3,Г-циклобутан] 37 и 3'-дейтерометил-3'-(2-дейтероэтил)-(5а)-спиро[холестан-3,Г-циклобутан] 38 с выходами 84% и 83%.

Полученный in situ (5а)-спирохолестан-3,Г-(6'-этил-6'-алюминаспиро[3.4]октан) 36 подвергли последовательным трансформациям, а именно переметаллированию с помощью 2-кратного по отношению к Et3Al избытка BF3-Et20 и последующему окислению реакционной массы Н202 в щелочной среде, что привело к получению смеси моноолов 40,41 с общим выходом 37% и диола 42 с выходом 35% (Схема 9).

Схема 9. Некоторые трансформации АОС 36. Реагенты и условия: (i) Se, C6H6, 80 °С, 6 ч (27%); (ii) BF3-Et20, ТГФ, 0-20 °С, 4 ч; (iii) Na0H-H202, 16 ч (72%).

Кипячением в бензольном растворе в течение 6-8 ч. при 80 °С полученного in situ (5а)-спирохолестан-3,Г-(6'-этил-6'-алюминаспиро[3.4]октана) 36 с избытком Se синтезирован диспиро[селенофан-3",3'-циклобутан-Г,3-(5а)-холестан] 43 с общим выходом 27% (Схема 9).

В спектрах ЯМР 13С соединений 37, 38, 40-43 наблюдается диастереомерное расщепление сигналов углеродных атомов как циклобутанового фрагмента в молекулах соединений 37,38, 40-43, так и его ближайшего окружения.

Для дейтерированного соединения 38, кроме наблюдаемых характерных диастереомерных отличий сигналов углеродных атомов, обусловленных различным пространственным расположением этильного и метального заместителя относительно эффективной плоскости циклобутанового фрагмента, наблюдается триплетное расщепление сигналов 5С7 = 8.22 м.д., т ('1со = 19 Гц) и 8С5 = 27.54 м.д., т (^сэ = 19 Гц), а также сильнопольные изотопные сдвиги сигналов атомов С(5') и (С7') Лаи-ют = 0.3 м.д. относительно соответствующих сигналов для соединения 37.

В спектре ЯМР 'Н соединения 43 имеются сигналы четырехспиновых систем АА' ВВ' циклобутанового фрагмента (8 1.69 м.д., м, 2Н, СН2 и 8 1.74 м.д., м, 2Н, СН2), а также в спектре регистрируется синглетный сигнал изолированной метиленовой группы 8ху=2.86 м.д. и четырехспиновая система А2ХУ с 8А=2.84 м.д., т (13=6 Гц) и 8ху= 1.98 м.д., м.

В спектре ЯМР 13С наблюдаются синглетные сигналы спиро-атомов углерода 8С = 32.34 м.д. и 8С3 = 32.34 м.д., а также увеличение количества сигналов (три сигнала метиленовых групп для циклобутанового и пять сигналов для селенофанового фрагмента молекулы, отвечающих за две диастереомерные пары), характеризующее появление нового хирального центра в молекуле при С(З').

Циклизация диола 42 с помощью л-толуолсульфохлорида в пиридине приводит к образованию диастереомерной пары диспиро[фуран-3",3'-циклобутан-1',3-(5а)-холестана] 44а,б с выходом 53% (Схема 10).

Схема 10. Циклизация 1,4-диола 42 в диспиро[фуран-3",3'-циклобутан-Г,3-(5а)-холестан]. Реагенты и условия: (¡) ТвСЬ С5Н5М, 20 °С, 24 ч (53%).

Спиро-тетрагидрофурановое производное 44а,б характеризуется синглетным сигналом спиро-атома 8С3= 33.45 м.д., сильнопольными и слабопольными сигналами метиленовых углеродных атомов 8С2 = 80.68 (80.73) м.д. и 8С5 = 67.26 (67.30) м.д., соответственно. Двойной набор сигналов метиленовых углеродных атомов как циклобутанового, так и тетрагидрофуранового фрагментов свидетельствует об образовании диастереомерной пары соединений 44а и 446 (соотношение 1:1).

Таким образом, нами впервые показано, что в реакции циклоалюминирования с помощью Е1зА1, катализируемой Ср22гС12, активны соединения стероидной структуры, содержащие метиленциклобутановый фрагмент. Разработанная реакция открывает перспективы использования каталитического циклоалюминирования при разработке методов модификации стероидных соединений путем введения в их структуру тетрагидрофуранового или селенофанового фрагментов.

он он

42

446

2.2 Циклоалюминироваиие 2,-метиле11-2',3'-эта110-(5а)-холсстана

В развитие исследований по модификации природных и синтетических стероидов с использованием реакции каталитического циклоалюминирования непредельных соединений, нами впервые изучено взаимодействие 2'-метилен-2',3'-этано-(5а)-холестана 47, содержащего метиленциклобутановый фрагмент, аннелированый к кольцу А (5а)-холестана, с Е13А1 в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2. Исходный стероид 47 получен в четыре стадии исходя из (5а)-холестан-ЗР-ола 31 (Схема 11).

Схема 11. Синтез 2'-метилен-2',3'-этано-(5а)-холестана из 5а-холестан-ЗР-ола. Реагенты и условия: (¡) СиЗО^Юг, С7Н8, 120"С, 4 ч(72%); (И) С13ССОС1, 7.п, ЕЬО, 40"С, 8 ч (61%); (ш) 7п, АсОН, 60 °С, 4-6 ч; ¡V: РЬ3Р=СН2, ДМСО, С6Н6.60 "С, 8 ч (72%).

Установлено, что синтезированный 2'-метилен-2',3'-этано-(5а)-холестан (47) вступает в реакцию с 3-х кратным избытком Е13А1 в присутствии 10 мол. % Ср22гС12 (47:Е13А1:[&] = 10:30:1, 20-22 °С, гексан, 8 ч) с образованием спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-алюминациклопентана] 49 (Схема 12).

47 " 48 50

Схема 12. Каталитическое циклоалюминироваиие соединения 47. Реагенты и условия: [Хт] = Ср2ггС12, X = Н (49), X (50); (1) Е13А1 (3 экв.), [Ът\ (10 мол.%); (И) Н30+ (74%); ОН) Э30+ (75%).

Кислотный гидролиз АОС 48 дает 2'-метил-2'-этил-2',3,-этано-(5а)-холестан 49 и 2'-дейтерометил-2'-(1-дейтероэтил)-2',3'-этано-(5а)-холестан 50 с выходами 74 и 75%, соответственно. Образование 2'-дейтерометил-2'-( 1 -дейтероэтил)-2',3'-этано-(5а)-холестана 50 с расположением атомов дейтерия в 1,4-положении при углеродных атомах С(4'), С(б') является прямым доказательством наличия в исходном АОС двух А1-С-связей и образования алюминациклопентана 48.

С целью надежного установления структуры и стереоконфигурации образующегося АОС 48, а также изучения реакционной способности А1-С-связей в

последнем и выяснения возможности синтеза на его основе спирокарбо- и гетероциклических производных 2',3'-этано-(5а)-холестана, АОС 48, без предварительного выделения, вовлекли в реакции замены атома А1 с помощью селена или BF3Et20 с образованием соответствующих Se-, В-органических соединений спирановой структуры.

Так, кипячение полученного in situ спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-алюминациклопентана] 48 с Se в бензоле приводит к образованию спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-тетрагидроселенофана] 51 с выходом 53% (Схема 13).

Схема 13. Некоторые трансформации спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-алюминациклопентана]. Реагенты и условия: X = ОН, Y = Н (53); X = Н, Y = ОН (54); X = Y = ОН (55); (i) Se, С6Н6,80 "С, 6 ч (53%); (ii) BF3Et20, ТГФ, 0-20 "С, 4 ч (80%); (iii) Na0H-H202,16 ч.

Реакция АОС 48 с 2-х кратным избытком BF3-Et20 по отношению к взятому Et3Al и последующее окисление, образующегося in situ В-органического соединения 52 перекисью водорода в щелочной среде, приводит к смеси первичных спиртов 53 и 54 в соотношении (53:54 = 4:1) с общим выходом 35% и диола 55 с выходом 29% (Схема 13). Соединения 53—55 выделены в индивидуальном виде колоночной хроматографией на Si02.

Циклизацией диола 55 с помощью л-толуолсульфохлорида в пиридине получен спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-тетрагидрофуран] 56 (Схема 14).

Схема 14. Циклизация 1,4-диола 55 в спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-тетрагидрофуран]. Реагенты и условия: (¡) ТхС1, С5Н51Ч, 20 °С, 24 ч(57%).

Структура спиро[2',3'-этано-(5а)холестан-2',3"-тетрагидроселенофана] 51 подтверждается наличием в спектре ЯМР "С четвертичного атома углерода 6С1 = 52.33

м.д. и трех метиленовых групп 6С5 = 47.46 м.д., 5С4 = 19.78 м.д., 5С3 = 32.10 м.д. В спектре ЯМР *Н наблюдается четырехспиновая АА'ВВ' система протонов 6Н2С5" = 1.88 и 2.06 м.д., 6Н2С4 = 2.73 и изолированная двухспиновая система АВ 6Н2С2" = 2.98 и 3.09 м.д. В свою очередь, геи-протоны Н2С(2") имеют кросс-пики с двумя сигналами а-ориентированных протонов 5НаС' = 1.01 м.д. и 8НаС4 =1.31 м.д. в эксперименте NOESY благодаря процессу поляризации за счет пространственно близко расположенных атомов водорода Н„С(1)-НаС(2") и НаС(4)-НрС(2") (Рисунок 2).

Для 2'-(2-гидроксиметил)-2-гидроксиэтил-2',3'-этано-(5а)-холестана 55 анахромные метиленовые атомы водорода проявляются двумя дублетами 3.87 и 4.03 м.д. (д, J = 11 Гц). В эксперименте NOESY оба вышеупомянутых сигнала имеют равноценные кросс-пики с сигналами атомов водорода 6НаС' = 0.97 м.д. и 5НЦС4 = 1.30 м.д., расположенных под плоскостью кольца А (5а)-холестанового остова молекулы. Очевидно, что свободное вращение по С-С-связи гидроксиметиленовой группы Н2С(2") обеспечивает возможность обмена положениями протонов Н„С(2") и НрС(2"), сохраняющих магнитную анизохронность химических сдвигов, что приводит к выравниванию интенсивностей NOE кросс-пиков с а-ориентированными атомами водорода НаС( 1) и НаС(4).

, ч N0E , ч NC>E

(А) (Б)

Рисуиок 2. NOE-взаимодействия протонов гетероциклического фрагмента с протонами стероидного каркаса селенофана 51 (А) и тетрагидрофурана 56 (Б).

Для спиро[2',3'-этано-(5а)-холестан-2',3"-тетрагидрофурана] 56 также характерно наличие интенсивных кросс-пиков в эксперименте NOESY между сильнопольными сигналами SHaC' = 0.80 м.д. и 8НаС2 = 3.82 м.д., определяющего ««(-ориентацию атома кислорода в спиротетрагидрофурановом фрагменте молекулы 56. Более слабопольный сигнал геминального атома водорода 5НрС~ = 3.94 м.д. коррелирует с сигналом 5НС4 = 1.35 м.д., что подтверждает как р.р-ориентацию 2,3-циклобутанового фрагмента, так и снн-ориентацию положения атома кислорода в тетрагидрофурановом цикле (Рисунок 2).

Таким образом, впервые показано, что производные холестана с аннелированным к кольцу А метиленциклобугановым фрагментом вступают в реакцию циклоалюминирования с помощью Et3Al, катализируемой Cp2ZrCl2 с образованием соответствующего спироалюминациклопентана, последующие трансформации которого открывают простые и эффективные пути синтеза ранее труднодоступных спирогетероциклов заданной структуры.

3 Циклоалюминирование алкенильных производных 5а-холестана

С целью расширения области приложения реакции каталитического циклоалюминирования на широкий круг непредельных производных стероидов, а также синтеза их новых производных, нами проведены исследования по изучению Zr-катализируемого циклоалюминирования (Зр,5а)-3-винилхолестана и (3а,5а)-3-аллилхолестана с помощью Et3Al, а также последующих трансформаций образующихся in situ циклических АОС с помощью Se, S и метилформиата с получением в одну

препаративную стадию соответствующих производных (5а)-холестана, содержащих в своей структуре селенофановый, тиофановый или циклопентаноновый фрагменты.

Первоначально, в качестве объекта исследования выбрали (Зр,5а)-3-винилхолестан 58 синтезированный нами в 4 стадии из коммерчески доступного (5а)-холестан-Зр-ола (Схема 15).

Схема 15. Синтез (Зр,5а)-3-винилхолестана из (5а)-холестан-Зр-ола. (i): РСС, CH2CI2, 20°С, 4 ч (81%); (ii): Ph3P=CHCH2Si(CH3)3, ТГФ, -78-20 "С, 14 ч (85%); (iii): BF3AcOH, СНС13, 20 °С, 10 мин (96%).

Опираясь на полученные ранее результаты по каталитическому циклоалюминированию3 алкенов нами разработаны условия (58:EtjAl:[Zr] = 1:3:0.1, бензол, 60 °С, 5-6 ч), в которых (Зр,5а)-3-винилхолестан 58 вступает в реакцию с Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCb (10 мол. %) с образованием алюминийорганического соединения 59 с выходом 83% (Схема 16).

Схема 16. Каталитическое циклоалюминирование соединения 58. Реагенты и условия: [Zr] = Cp2ZrCl2, X = Н (60), X =D (61); (i) Et3Al (3 экв.), [Zr] (10 мол.%); (ii) НэО+ (82%); (iii) D30+ (81%).

Нами установлено, что циклоалюминирование (Зр,5а)-3-винилхолестана происходит с образованием двух возможных диастереомеров 59 в равном соотношении 1:1, так как в спектрах |3С ЯМР соединений 60 и 61 проявляется двойной набор сигналов для кольца А, а также этильного и метильного фрагментов. Кроме того, в соединении 61 наблюдается триплетное расщепление сигналов при С(З') и С(4') атомах углерода с константой спин-спинового взаимодействия 18.6 Гц, свидетельствующее о 1,4-расположении двух высокоактивных А1-С-связей алюминациклопентанового фрагмента в АОС 59.

3 U.M. Dzhemilev, A.G. Ibragimov, J. Organomet. Chem., 2010, 695, 1085.

Для разработки оригинального однореакторного метода введения в молекулу исходного стероида карбо- и гетероциклических фрагментов осуществили взаимодействие, полученного АОС 59 с Б, Бе и метилформиатом.4

Схема 17. Некоторые трансформации АОС 59. Реагенты и условия: (¡) 8, С«Нб, 80 "С, 6 ч (65%); (и) Бе, С6Н6, 80 "С, 6 ч (69%); (ш) НСООМе, СиС1 (10 мол.%), -20 "С, 10 ч (59%); (¡V) Реагент Джонса, С3Н60, 20 °С, 1 ч (83%).

В результате, кипячением полученного ¡п .чЦи АОС 59 в бензольном растворе в течение 6 часов с избытком Б или Бе получили соответствующие (5а)-3а-(тетрагидр0-3-тиенил)холестан 62 с выходом 65% и (5а)-3а-(тетрагидроселенофен-3-ил)холестан 63 с выходом 69%, выделенных в виде диастереомерных пар (1:1) (Схема 17).

Карбоциклизацией АОС 59 с помощью НСООСН3 в присутствии каталитических количеств СиС1 (15 мол. %) и последующим окислением образующегося циклопентанола реагентом Джонса синтезировали диастереомерную пару 3-[(5а)-холестан-3-ил]циклопентанона 64 с выходом ~63% (Схема 17).

С целью выяснения влияния удаленности кратной связи в 3-алкенилхолестанах от кольца А в реакции циклоалюминирования с помощью Е13А1 синтезировали ранее неописанный (3а,5а)-3-аллилх0лестан 66 взаимодействием За-бром-5а-холестана 65 с аллилмагний бромидом с выходом 92% (Схема 18).

Схема 18. Синтез (За,5а)-3-аллилхолестана из (5а)-холестан-Зр-ола. (¡) СВГ4, РРЬ3, ТГФ, 20 "С, 20 ч (95%); (и) Аллилмагний бромид, СиС1, Е120, -5-40 °С, 5 ч (92%).

4 и.М. ОгЬетПеу, У.А. О'уакопоу, Тор. О^апотеи СЬет., 2013, 41, 215.

Установили, что (За,5а)-3-аллилхолестан 66 в отличие от (3р,5а)-3-винилх0лестана 58 вступает в реакцию с Е13А1 в присутствии 10 мол.% Cp2ZrCl2 (66:Е1зА1:[&] = 1:3:0.1, гексан, 20—22 °С, 4-5 ч) в более мягких условиях при комнатной температуре с образованием АОС 67 с выходом 87% (Схема 19).

Схема 19. Каталитическое циклоалюминирование соединения 66. Реагенты и условия: [7л] = Ср2ггС12, X = Н (68), X (69); 0) Е^А! (3 экв.), [&] (10 мол.%); (п) Н30+ (87%); (ш) 030+ ( 87%).

Структура АОС 67 установлена с помощью 'Н, ,3С ЯМР-спектроскопии на основании продуктов кислотного пиролиза и дейтеролиза последнего, а также превращениями АОС 67 в реакциях с 8, 8е и метилформиатом (Схемы 19, 20). Присутствие удвоенных сигналов в спектрах 13С ЯМР соединений 68-72 свидетельствует об образовании двух диастереомеров на стадии синтеза исходного АОС 67.

Реагент Джонса, С3Н60, 20 "С, 1 ч (82%).

Проведенные исследования позволили впервые осуществить синтез и последующие трансформации (3р,5а)-3-винилх0лестана и (За,5а)-3-аллилхолестана в реакции каталитического циклоалюминирования с помощью Е1:,А1 под действием

Cp2ZrCl2 с получением ранее неописанных циклических алюминийорганических соединений, дальнейшие превращения in situ которых с помощью S, Se и метилформиата дали возможность синтезировать ранее неописанные производные (5а)-холестана, содержащие при С(3) атоме углерода в кольце А тетрагидротиофеновый, тетрагидроселенофеновый или циклопентаноновый фрагменты.

4 Реакция цикломагнирования 1,2-диенов в синтезе холестериновых производных 5Z,9Z-anenoBbix кислот и изучение их активности ингибирования человеческой

топоизомеразы I

В последние годы большое внимание уделяется поиску новых ингибиторов ферментов, синтезирующих или модифицирующих нуклеиновые кислоты. Одним из основных в этом ряду является ДНК-зависимый фермент топоизомераза I. Топоизомеразы рассматриваются в качестве внутриклеточных мишеней действия химиотерапевтических препаратов, так как, препятствуя репарации разрывов, такие вещества способны вызывать накопление повреждённых молекул ДНК, форсируя, таким образом, гибель клетки.

В литературе имеются обширные данные по синтезу ингибиторов топоизомераз, они обнаружены среди соединений различных классов, что позволяет выявлять взаимосвязи структура-свойства с целью оптимизации известных лекарственных препаратов и синтеза новых.

Природные 5Z,9Z-flnenoBbie кислоты, выделенные из морских губок и плодов голосемянных растений, проявляют высокую ингибирующую активность по отношению к человеческой топоизомеразе I. В развитие этих исследований установлено, что на примере карбоновых кислот различного строения, наблюдается четкая корреляция наличия 1-карбокси-57,97-диеновой группировки в структуре молекулы с проявляемой кислотой активностью ингибирования топоизомераз I и На. Природа заместителя при 1-карбокси-57,97-диеновой группировке, в свою очередь, может усиливать или ослаблять ее действие, а также придавать дополнительные свойства (липофилыюсть, транспортная функция, растворимость и т.д.).

Одним из эффективных способов формирования l-Kap6oKcn-5Z,9Z-,incH0B0r0 фрагмента, на наш взгляд, является метод, основанный на применении новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования О-содержащих и алифатических 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра.5

С целью расширения границ приложения открытой в лаборатории каталитического синтеза ИНК РАН реакции кросс-цикломагнирования 1,2-диенов, разработки оригинальных методов и подходов к синтезу новых производных 5Z,9Z-aneiiOBbix кислот, содержащих в своей структуре стероидный остов, а также изучения влияния структуры заместителя при 1 -Kap60Kcn-5Z,9Z-fliieii0B0M фрагменте на активность ингибирования человеческой топоизомеразы I, нами впервые осуществлено кросс-цикломагнирование холестериновых производных 1,2-диенов с тетрагидропирановым эфиром гепта-5,6-диен-1-ола, направленное на разработку альтернативного подхода к получению 5Z,9Z-flHeHOBbix кислот. Кроме того, осуществлен синтез сложных эфиров гидроксипроизводных стероидов с (57.,97,)-тетрадека-5,9-дисндикарбоновой кислотой, представляющих интерес в качестве ингибиторов топоизомераз человека.

5 V.A. D'yakonov et. al. Tetrahedron, 2013, 69, 8516; Chem. Comm., 2013,49, 8401; Bioorg. Med. Chem. Lett., 2015, 25, 2405.

Первоначально синтезировали ранее неописанные 1,2-диены 76 и 77 в две стадии согласно схеме:

Схема 21. Синтез соединений 76 и 77. (i): Монтмориллонит К-10, СНС1з, бут-З-ин-1-ол (гекс-5-ин-1-ол), 60 "С, 7 сут (71-83%); (ii): Параформ, Cul, i-Pr2NH, 1,4-диоксан, 130 °С, 48 ч (-50%).

Алленовые эфиры холестерина 76 и 77 в соответствии с намеченной стратегией синтеза 5г,9г-диеновых кислот ввели в реакцию кросс-цикломагнирования с тетрагидропирановым эфиром гепта-5,6-диен-1-ола 78 с помощью EtMgBr в присутствии магния и катализатора Ср2"ПС12 (10 мол.%) в условиях (76(77):78:ЕЙ^Вг:М£:[Т!] = 1:3:8:12:0.1, Е120, 20-22 °С, 24 ч) с получением магнезациклопентанов 79, 80, кислотный гидролиз которых привел к диенам 81 и 82 (Схема 22). Выход целевых продуктов реакции кросс-цикломагнирования 1,2-диеновых эфиров холестерина увеличивается с удалением алленовой группировки от стероидного каркаса. Окисление эфиров 81 и 82 реагентом Джонса приводит к целевым 5Z,9Z-диеновым кислотам 83 и 84 с выходами ~ 50%.

Схема 22. Реакции кросс-цикломагнирования. (¡): EtMgBr, Mg, Ср2"ПС12 (10 мол.%), Е120, 20-22 °С, 24 ч; (и): НэО+ (31-42%); (ш): Реагент Джонса, ацетон, СН2С12,20-22 °С, 1 ч (- 52%).

Наличие в спектрах "С ЯМР сильнопольных сигналов аллильных углеродных атомов 5С в области 27 м.д. указывает на цкс-конфигурацию заместителей при двойных связях в соединениях 83 и 84.

Второй подход к синтезу производных 5Z,9Z-диeнoвыx кислот основан на каталитической этерификации стероидов 31, 73 1,14-тетрадека-(5г,9г)-диендикарбоновой кислотой 85, полученной окислением продукта гомо-цикломагнирования тетрагидропиранового эфира гепта-5,6-диен-1-ола 78 с помощью реагента Джонса. Выход целевых 52,9г-диеновых кислот 87 и 89 составляет - 55-60%,

при этом одновременно образуются симметричные эфиры 86 и 88. выход которых не превышает 15% (Схема 23).

' тнро

86, 87: R'

Схема 23. Синтез 5г,97-диеновых кислот производных стероидов (87, 89). (¡): EtMgBr, Mg, СрЛЧСЬ (10 мол.%), Е1гО, 20-22 °С, 24 ч; (й): Н30+ (74%); (ш): Реагент Джонса, ацетон, СН2С12,20-22 °С, 1 ч (52%);0у): 4-ДМАП, 1,3-ДЦК, СН2С12,20-22 °С, 6 ч (~

Новые полусинтетические производные 5Z,9Z-диеновых кислот стероидной структуры 83, 84. 87 и 89 испытаны in vitro на ингибирующую активность по отношению к человеческой топоизомеразе I (hTopI) в реакции релаксации суперскрученной плазмидной ДНК в стандартных условиях (Рисунок 3). В качестве контроля во всех опытах использовали известный ингибитор топоизомеразы I — камптотецин.

NC

форм^

SS форма

NC форма SS форма

Б 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Рисунок 3. Электрофореграмма продуктов релаксации суперскрученной плазмидной ДНК in vitro под действием топоизомеразы I в присутствии кислот 87, 83 (А) и 84, 89 (Б).

1. Суперскрученная плазмидная ДНК (pHOTl). 2. Релаксированная форма ДНК 3. Реакция релаксации плазмидной ДНК в присутствии камптотецина (10 цМ). 4. Отрицательный контроль с ДМСО (в концентрации 3%). 5-11. Результат влияния различных концентраций кислоты 87 (А) и 84 (Б) на реакцию релаксации плазмидной ДНК (5-10 цМ, 6 - 1 рМ, 7-0,1 цМ, 8 - 0.08 ¡хМ, 9 - 0,06 цМ, 10 - 0,04 (хМ, 11 - 0,02 цМ). 12-18. Результат влияния различных концентраций кислоты 83 (А) и 89 (Б) на реакцию релаксации плазмидной ДНК (12 - 10 цМ, 13-1 цМ, 14 -0,1 цМ, 15 - 0,08 цМ, 16 - 0,06 цМ, 17 - 0,04 рМ, 18 - 0,02 цМ).

Под действием топоизомеразы I суперскрученная форма плазмидной ДНК релаксирует, образуя набор топоизомеров.

Уменьшение концентращш вводимых в реакцию 5Z,9Z%inenoBbix кислот от 10 рМ до 0,02 цМ вызывало постепенное увеличение числа образованных топоизомеров и увеличение доли открытой кольцевой формы плазмиды, что свидетельствовало об активации процесса релаксации, то есть об увеличении активности топо I (Рисунок 3). Без изучаемых веществ и в отсутствие камптотецина подобного эффекта не наблюдалось (Столбец 4, рис. 3 А, Б). В присутствии камптотецина в реакции релаксации заметное ингибирование наблюдалось при добавлении его в концентрации 10 рМ, что выражалось в сохранении остаточных количеств суперскрученной ДНК по сравнению с отрицательным контролем - суперскрученной плазмиды без добавления фермента и ингибитора (SS форма). Кислоты 83 и 84 вели себя практически одинаково в исследуемом диапазоне концентраций, начиная ингибировать топо I при более низких концентрациях (>1 цМ), чем камптотецин. Несколько большей ингибирующей активностью по отношению к топо I обладали соединения 87 и 89, так как увеличение числа топоизомеров начиналось при более низких концентрациях этих соединений (0,06 рМ и 0,02 рМ, соответственно). При концентрации кислоты 89 - 0,02 рМ релаксировала только часть суперспирализованной ДНК, чего не наблюдалось при действии кислот 83, 84 и 87. Судя по остаточному количеству не вступившей в реакцию суперспирализованной формы плазмиды, ингибирующая активность кислоты 89 оказалась выше, чем всех остальных соединений в том же диапазоне концентраций.

Таким образом, предложены два пути синтеза 5Z,9Z-диеновых кислот, содержащих в своей структуре стероидный остов, с использованием перекрестного цикломагнирования алленовых производных холестерина с тетрагидропирановым эфиром гепта-5,6-диен-1-ола с помощью EtMgBr под действием катализатора Cp2TiCl2 и реакцией этерификации стероидов с (5Z,9Z)-TeTpafleKa-5,9-flHeHflHKap60H0B0ft кислотой. Среди синтезированных производных стероидов, кислоты 87, 89, содержащие сложноэфирную группу, проявили на два порядка большую активность ингибирования по отношению к человеческой топоизомеразе I в сравнении с кислотами 83, 84.

Основные результаты и выводы

1. Разработаны оригинальные однореакторные методы введения функциональных групп, карбо- и гетероциклических фрагментов, в том числе спирановой структуры, в молекулы стероидов и терпенов, основанные на применении новых реакций каталитического циклометаллирования непредельных соединений с помощью простейших А1- и Mg-органических соединений под действием Zr- и Ti-содержащих катализаторов.

2. Впервые осуществлена реакция каталитического циклоалюминирования метиленциклобутановых производных терпенов с помощью Et3Al в присутствии CpjZrCb с получением ранее неописанных полициклических алюминийорганических соединений, последние взаимодействием in situ с Se или PhPCl2 в одну препаративную стадию приводят к соответствующим селенофанам или фосфоланам спирановой структуры.

3. Впервые показано, что в реакцию циклоалюминирования с помощью Et3Al, катализируемой Cp2ZrCl2, способны вступать стероиды с аннелированным или спиросочлененным к кольцу А метиленциклобутановым фрагментом, тем самым открывая возможности применения данной реакции для модификации стероидных

соединений путем введения селенофанового и тетрагидрофуранового фрагментов в структуру исходного стероида.

4. Впервые осуществлен синтез и последующие трансформации (3ß,5a)-3-винилхолестана и (3а,5а)-3-аллилх0лестана в реакции каталитического циклоалюминирования с помощью EtjAl под действием Cp2ZrCl2 с получением ранее неописанных циклических алюминийорганических соединений, дальнейшие трансформации которых in situ с помощью S, Se и метилформиата приводят к образованию ранее труднодоступных производных (5а)-холестана, содержащих при С(3) атоме углерода в кольце А тетрагидротиофеновый, тетрагидроселенофеновый или циклопентаноновый фрагменты.

5. Разработано два оригинальных подхода к стереоселективному синтезу стероид содержащих 5Z.9Z-диеновых кислот: первый подход основан на реакции перекрестного цикломагнирования 2-(гепта-5,6-диен-1-илокси)тетрагндро-2Н-пирана и 1,2-диеновых производных холестерина с помощью EtMgBr под действием катализатора Cp2TiCl2, второй - реализуется через синтез эфиров гидроксипроизводных стероидов с (5Z,9Z)-тетрадека-5,9-диеновой кислотой, полученной в две стадии с применением на ключевой стадии реакции гомо-цикломагнирования 2-(гепта-5,6-диен-1-илоксн)тетрагидро-2#-пирана.

6. Обнаружено, что среди синтезированных производных стероидов, 5Z,9Z-диеновые кислоты, содержащие сложноэфирную группу, проявили существенно большую активность ингибирования (>0.04рМ) по отношению к человеческой топоизомеразе I в сравнении с кислотами, связанными со стероидным остовом простой эфирной связью (>1рМ).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: Статьи:

1. Dyakonov, V.A. Catalytic cycloalumination in steroid chemistry. The introduction of a spirotetrahydrofuran or spyrotetrahydroselenofene moiety into 3'-methylene-(5a)-spirocholestane-3,l'-cyclobutane molecule / V.A. Dyakonov, R.A. Tuktarova, I.I. Islamov, L.M. Khalilov, U.M. Dzhemilev // Steroids. - 2013. - P. 241-246.

2. Джемилев, У.М. Синтез и превращения металлациклов. Сообщение 42. Катализируемое Cp2ZrCl2 циклоалюминирование 3-метилиденспиро[циклобутан-1,34-(5"а)-холестана] с помощью EtjAl / У.М. Джемилев, P.A. Туктарова, И.И. Исламов, Л.М. Халилов, З.А. Старикова, В.А. Дьяконов // Изв. АН. Сер. хим. - 2013. - №1. — С. 184188.

3. Dyakonov, V.A. Catalytic cycloalumination in steroid chemistry II: Selective functionalization of 2'-methylidene-2',3'-ethano-(5a)-cholestane / V.A. Dyakonov, R.A. Tuktarova, I.I. Islamov, L.M. Khalilov, U.M. Dzhemilev // Steroids. - 2013. - P. 1298-1303.

4. Туктарова, P.A. Синтез и превращения металлациклов. Сообщение 44. Циклоалюминирование метиленциклобутановых производных терпенов с помощью Et3Al в присутствии Cp2ZrCl2 / P.A. Туктарова, И.И. Исламов, Т.В. Тюмкина, В.А. Дьяконов, У.М. Джемилев // Изв. АН. Сер. хим. - 2015. - №7. - С. 1581-1590.

5. Dyakonov, V.A. Catalytic cyclometallaion in steroid chemistry III: Synthesis of steroidal derivatives of 5Z,9Z-dienoic acid and investigation of its human topoisomerase I inhibitory activity / V.A. Dyakonov, L.U. Dzhemileva, R.A. Tuktarova, A.A. Makarov, I.I. Islamov, A.R. Mulyukova, U.M. Dzhemilev // Steroids. - 2015. - V. 102. - P. 110-117. Тезисы докладов:

1. Дьяконов, В.А. Модификация метилиденциклобуганового производного ß-пинена

с использованием реакции каталитического циклоалюминирования / В.А. Дьяконов, P.A. Туктарова, И.И. Исламов, У.М. Джемилев // IV Российская конференция «Актуальные проблемы нефтехимии». - г. Звенигород. - С. 206-207.

2. Dyakonov, V.A. Catalytic cycloalumination as a new approach for steroid modification / V.A. Dyakonov, R.A. Tuktarova, I.I. Islamov, U.M. Dzhemilev // International Conference Catalysis in organic synthesis. - Moscow. - 2012. - P. 74

3. Туктарова, P.A. Каталитическое циклоалюминирование метилиденциклобутановых производных терпенов / Туктарова P.A., Исламов И.И., Дьяконов В.А., Джемилев У.М // 6-я Международная конференция молодых ученых «Органическая химия сегодня». -Санкт-Петербург. -2014. - С. 83.

4. Туктарова, P.A. Эффективная модификация (За,5а)-3-винилхолестана с применением реакции каталитического циклоалюминирования / Туктарова P.A., Исламов И.И., Дьяконов В.А., Джемилев У.М // Всероссийская молодежная конференция-школа с международным участием «Достижения и проблемы современной химии» (посвященная 140-летию со дня рождения C.B. Лебедева и 85-летию основания химического факультета С-Петербургского государственного университета). - Санкт-Петербург. -2014. - С. 128.

5. Туктарова, P.A. Функционализация метиленциклобутанового производного (+)-камфена с применением реакции каталитического циклоалюминирования / Туктарова P.A., Исламов И.И., Дьяконов В.А., Джемилев У.М // Всероссийская молодежная конференция «Достижения молодых ученых: химические науки». - г. Уфа. - 2015. - С. 110-112.

6. Исламов, И.И. Реакция каталитического циклоалюминирования в селективной трансформации (За,5а)-Э-аллилхолестана/ Исламов И. И., Туктарова P.A., Дьяконов В.А., Джемилев У.М // Всероссийская молодежная конференция «Достижения молодых ученых: химические науки». - г. Уфа. - 2015. - С. 75-77.

Подписано в печать 27.08.2015. Бумага офсетная. Формат 60X84/16. Гарнитура Times New Roman. Усл. псч. л. 1,40. Тираж 100 экз. Типография ИИЯЛ УНЦ РАН Г.Уфа, пр. Октября, 71. тел. (347)235-60-50