Синтетические трансформации фуранового дитерпеноида 15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеновой кислоты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ
|
Миронов, Максим Евгеньевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Новосибирск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2013
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.03
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Миронов Максим Евгеньевич
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ФУРАНОВОГО ДИТЕРПЕНОИДА 15,16-ЭПОКСИ-8(9),13,14-ЛАБДАТРИЕНОВОЙ КИСЛОТЫ
02.00.03 - Органическая химия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
13 ИЮН 2013
005061393
Новосибирск 2013
005061399
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Новосибирском институте органической химии им. H.H. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральном государственгам бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирском национальном исследовательском государственном университете» (Новосибирский Государственный Университет, НГУ)
Научный руководитель: доктор химических наук, профессор
Шульц Эльвира Эдуардовна
Официальные оппоненты: доктор химических наук
Шкурко Олег Павлович
главный научный сотрудник Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. H.H. Ворожцова СО РАН, г. Новосибирск
кандидат химических наук Слынько НиколайМефодьевич старший научный сотрудник Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики СО РАЦ г. Новосибирск
Ведущая организация: Федеральное государствешое бюджетное
учреждение науки Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, г. Уфа
Защита диссертации состоится «28» июня 2013 г. в 9 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 003.049.01 при ФГБУН Новосибирском институте органической химии им. H.H. Ворожцова СО РАН по адресу 630090, г. Новосибирск, проспект акад. Лаврентьева, 9.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУН Новосибирском институте органической химии им. НН. Ворожцова СО РАН
Автореферат разослан мая 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Современные тенденции по созданию ценных для медицины соединений на основе доступных веществ растительного происхождения указывают на перспективность исследований, направленных на изучение химических свойств дитерпеноидов хвойных растений. Работы по изучению синтетических трансформаций указанных соединений, поиску новых превращений и получению необычных продуктов их трансформаций развиваются все более интенсивно. Так, осуществлены эффективные схемы превращений доступных лабдановых дитерпеноидов (-)- и (+)-склареола, лариксола и (+)-маноола, приведшие к получению природных фуранодитерпеноидов - коронаринов А, Е и юннанкоронарина, обладающих цитотоксической, обезболивающей и противовоспалительной активностями. Превращения фуранодитерпеноидов ламбертиановой кислоты, хиспанолона и хедихенона (окислительные и фотохимические превращения, реакция [4+2]-циклоприооединения, аминометилирование, внутримолекулярная циклизация четвертичных аммониевых солей, превращения с использованием металлокомплексного катализа) привели к получению соединений, обладающих значительной биологической активностью. Однако, следует отметить, что число удобных по исполнению способов модификаций указанных фуранолабданоидов ограничено, а влияние структурных изменений на биологическую активность весьма существенно. В связи с этим, разработка селективных методов направленных трансформаций фурановых дитерпеноидов для получения соединений, содержащих дополнительные заместители в декалиновом фрагменте и в фурановом цикле и веществ, фурановый фрагмент которых включен в гетероциклическую систему, а также изучение факторов, влияющих на направление реакций, представляет важную и актуальную задачу.
Цель работы. Целью настоящей работы является создание селективных методов модификации фуранодитерпеноида лабданового ряда фломизоиковой кислоты и ее метилового эфира и синтез новых типов производных лабдановых дитерпеноидов, потенциально ценных для медицины.
В соответствии с поставленной целью выполнение работы сводилось к решению следующих задач;
1) получение фломизоиковой кислоты и ее амидов из ламбертиановой кислоты;
2) разработка методологии получения 16-(2-карбонил-5-/М,3,4-оксадиаэолил)лабдатриенов на основе 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеноата;
3) синтез 16-формиллабдатриеноата и исследование его превращений с введением 1,2,4-оксадиазольшго или 3-триметилсилокси-1,3-бутадиенильного заместителей в положение С'15;
4) изучение реакции [4+2]-циклоприсоединения новых силоксизамещенных бутадиенов, выявление закономерностей протекания реакции с хинонами, метилмалеинимидом, 5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом и 5-метиленпиримидин-2,4,6(1//,3//,5//)-трионом;
5) синтез оптически активных изоиндолгаюнов на основе метилового эфира фломизоиковой кислоты.
Научная новизна. В результате настоящей работы предложен способ получения фломизоиковой кислоты из ламбертиановой кислоты. Обнаружена селективность ацилирова1шя метилового эфира фломизоиковой кислоты по положению С16 и разработаны препаративно удобные вариашы синтеза 16-{2-оксо-[5-(арил)- или 16-{2-оксо-[5-(пиридин-4-ил)-1,3,4-оксадиазол-2-ил]метил}-15,16-эпоксилабдатриенов и 16-(5-Я-1,2,4-оксадиазол-3-ил)-15,16-эпоксилабдатриенов на основе метиловых эфиров 16-(2-хлор-2-оксоацетил)- или 16-циано-15,16-эпоксилабдатриеновых кислот.
Синтезированы новые 16-(3-триметилсилоксибутадиен-1-ил)-15,16-
эпоксилабдатриены и исследована их реакция [4+2]-циклоприсоединения с 1,4-бензохинонами, Л/-метилмалеинимидом, 5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом и 5-метиленпиримидин-2,4,6(Щ,3#,5Я)-трионом. Выявлена легкость ароматизации аддуктов лабданоидных силоксидиенов с 1,4-бензохинонами.
Предложен метод синтеза оптически активных производных изоиндолин-3-онов из метилового эфира 16-формил-15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеновой кислоты путем последовательных реакций восстановительного аминирования терпеноидного альдегида бензиламином или метиловыми эфирами аминокислот, ацилирования полученных фурфуриламинов хлорангидридом кротоновой кислоты или малеиновым ангидридом, внутримолекулярной циклизацш непредельных фурфуриламидов и ароматизащш терпеноидных 10-окса-3-азатрицикло[5.2_I ¡дсцснонов.
Практическая значимость работы состоит в разработке эффективных способов синтеза производных фломизоиковой кислоты, содержащих дополнительные гетероциклические (2-оксо-1,3,4-оксадиазольные, 1,2,4-оксадиазолшые,
октагидроизоиндолин-1,3,6-трионовые, б-гидроксигексашдроизоиндолин-1,3-дионовые), циклогексаноновые или нафтохиноновые заместители в положении С16, а также изоиндолин-3-онов, содержащих октагидронафталиновый заместитель. Значение полученных результатов исследования для практики подтверждается тем, что в результате изучения биологической активности синтезированных соединений сотрудниками лаборатории фармакологических исследований НИОХ СО РАН обнаружена анальгетическая активность у фломизоиковой кислоты и ее амида, а первичное тестирование на цитотоксическую активность по отношению к опухолевым клеткам
человека, выполненное сотрудниками медицинского факультета НГУ, позволило выявить б-гидроксинафтохиноны лабданового типа, представляющие интерес для дизайна новых ингибиторов роста опухолевых клеток.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на второй Российско-Корейской конференции "Current issues of natural products chemistry and biotechnology" (Новосибирск, 2010), XIII молодежной школе-конференции "Актуальные проблемы органической химии" (г. Новосибирск, 2010), международной конференции "Current Topics in Organic Chemistry" (Новосибирск, 2011), V всероссийской научной конференции "Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья" (Барнаул, 2012), всероссийской научной конференции "Органический синтез: химия и технология" (Екатеринбург, 2012), научной конференции "Фундаментальные науки - медицине" (Новосибирец 2012), четвертой Российско-Корейской конференции "Current issues of natural products chemistry and biotechnology" (Новосибирск, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен патент РФ, опубликованы 8 тезисов докладов.
Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 13 рисунков, 70 схем и 4 таблицы. Работа состоит из введения, литературного обзора на тему «Фуранодитерпеноиды лабданового ряда: нахождение в растениях, получение, некоторые превращения и биологическая активность», обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы, включающего215 наименований.
Основное содержание работы
1. Получение 15,16-эпокси-8(9),13,14-ла6датриен-18-овой кислоты и её
амидов
15,16-Эпокси-8(9),13,14-лабдатриен-18-овая кислота (фломизоиковая кислота) 1 представляет собой продукт ферментативного гидролиза гликозидов ряда лекарственных растений Phlomis sp. и Eremostachys sp. [Katagiry M. et al. // Phytochemistry. — 1993. - V. 35. - P. 439-442; Delazar A. et al. // Nat. Prod. Res. - 2006. - V. 20. - P. 167-172.]. Рассмотрение структуры соединения 1 предполагает возможность его получения изомеризацией ламбертиановой кислоты 2 (метаболит Pinns sibirica R. Мауг). Нами установлено, что при действии /г-толуолсульфокислогы в кипящем бензоле ламбертиановая кислота 2 изомеризуется в 15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеновую кислоту 1 (выход 86%).
Структура фломизоиковой кислоты 1 подтверждена данными РСА1 (рисунок 1). Метилирование соединения 1 диметилсульфатом в щелочной среде гладко приводит к метиловому эфиру фломизоиковой кислоты 3 (выход 90%) (схема 1).
Схема 1
с"г I, А ч?
1
I
Рисунок 1.
Пространственное строение соединения 1
а) р -ТбОН, РЬН; Ь) Ме2504, КОН, МеОН
Для получения амидов фломгооиковой кислоты использован хлорашпдридньш метод. Хлорангидрид 4 был получен взаимодействием лабданоида 1 с хлористым оксалилом. Реакция фломизоиковой кислоты 1 с избытком хлористого оксалила протекала с образованием дополнительного продукта ацилирования фуранового цикла - 16-(2-хлор-2-оксоацетил)лабдатриеноата 5. Взаимодействие метилового эфира фломизоиковой кислоты 3 с хлористым оксалилом приводило к образованию продукта ацилирования фуранового цикла — соединения 6 с количественным выходом (схема 2).
Схема 2
(СОС1)2
сн2а2
О "С
6
Конденсацией хлорангидрида фломизоиковой кислоты 4 с аминами (бензипамином, тирамином) и метиловыми эфирами £>,¿-аминокислот: аланина, валина, метионина, З-амино-З-фенилиропионовой и 9-аминопеларгоновой кислот (использованы в виде гидрохлоридов) - получены соединения 7а-ж, содержащие у атома С'5 сотвегствующие вторичные аминогруппы. Выход продуктов реакции в расчете на
'Здесь и далее за выполнение рентгеноструктурного анализа и расшифровку результатов автор выражает благодарность д.х.н. Багрянской И.Ю. и Д.Х.Н. Гатилову Ю.В.
6
фломизоиковую кислоту 1 составил 35-74%. Реакцией хлорангидрида 4 с 2-гидразинил-2-оксо-Л'-фенилацстамидом получили соответствующий гидразид фломизоиковой кислоты 7з (выход 24%) (схема 3). Снижение выходов амидов 7в,д,е а также гидразида 7з обусловлено, по-видимому, необходимостью увеличения времени реакции с хлорангидридом 4, который при этом подвергается побочным превращениям.
Схема 3
H2N-R
CH2CI2, Et3N
[II,NCHRC02Me]Cl
СН2С12, EtjN
7а-в,ж, з
7г-е о
7а - 64% (Я = Вп), 76 - 63% (И = 4-0110611,(0^)^; 7в - 35% (К. = (СН2)8С02Ме); 7г - 57% (Я - Ме),
7д - 47% (II " ¡-Рг), 7с - 39% (К = (СЩ^Мс), 7ж - 74% (Л = СН(РЬ)СН2С02Ме); 7з - 24% (Я = НМСОСОШРЬ)
2. Превращения 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеноата
Доступность 16-(2-хлор-2-оксоацетил)лабдатриена 6 обусловила наш интерес к изучению его превращений. Реакцией соединения 6 с бензиламином или гидрохлоридом метилового эфира З-амино-З-фенилпропионовой кислоты получены соответствующие 16-(2-оксо-2-аминоацетил)-замещенные производные метилового эфира фломизоиковой кислоты 8а и 86 с выходами 67% и 64% (схема 4). Взаимодействие соединения 6 с гидразидами л-бромбензойной или изогашотииовой кислот привело к 16-(2-гидразинил-2-оксоацетил)лабданоидам 9 и 10 с выходами 90% и 86% соответственно (схема 5).
Схема 4
о
[HJNCH(Ph)CH2C02Me]a
CH,CI2. Et,N
СН,С12. EtjN
Наше внимание привлекла возможность получения терпеноидных 1,3,4-оксадиазолов на основе гидразидов лабданоидов 9 и 10. Соединения со структурным фрагментом 1,3,4-оксадиазола обладают широким спектром биологической активности (в зависимости от заместителей в молекуле), включая противоопухолевую, антивирусную и антигипертензивную. Превращение МЛЧдиацилгидразида 9 в лабданоидный 1,3,4-оксадиазол 11 было осуществлено при действии РОСЬ в кипящем толуоле (выход 76%).
Взаимодействие соединения 10 с РОСЬ в вышеуказанных условиях не привело к целевому 1,3,4-оксадиазольшму производному - наблюдалось значительное осмоление реакционной смеси. 1,3,4-Оксадиазол 12 был получен при обработке гидразида 10 трифенилфосфином (1.1 экв.) в присутствии ССЦ и триэтиламина в среде СНгСЬ (выход 49%) (схема 5).
Схема 5
С02Ме
Таким образом, предложен способ получения фломизоиковой кислоты, получены ее амиды и гидразиды. На основе 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпокси-8(9), 13,14-лабдатриеноата осуществлен синтез 16-(2-оксо-2-аминоацетил)лабдатриеноатов и 16-{2-оксо-[5-(арил)- или 16-{2-оксо- [5-(пиридин-4-ил)-1,3,4-оксадиазол-2-ил] метил} -15,16-эпоксилабдатриеноагов.
3. Синтез 16-формиллабдатриена и его превращения
Формилирование метилового эфира фломизоиковой кислоты 3 по Вильсмайеру-Хааку приводит к образованию трех продуктов - 16-формиллабдатриеноата 13, 15-формиллабдатриеноата 14, а также 2-формилмаргинатафурана 15 с выходами 79%, 8% и 2%, соответственно (схема 6). Соединения выделяли в индивидуальном виде с помощью
Схема 6
РОС1з - ДМФА АсОМа, Н20
С*>?а г»я
оЗ»»,
с'У^КЗйс5' ,
Рисунок 2. Пространственное строение соединения 15
колоночной хроматографии и последующей перекристаллизации из соответствующего растворителя. Строение тетрациклического альдегида 15 подтверждено данными РСА (рисунок 2). Как видно, реакция Вильсмайера-Хаака фуранового дитерпеноида 3 протекает, в основном, по фурановому циклу. Соединение 15, образующееся в результате атаки реагента по двойной связи декалинового фрагмента, выделяли с низким выходом.
3.1 Синтез фуранолабданоидов с 1,2,4-оксадиазольным заместителем в положении С'6
Введение формильной группы в положение См метиллабдатриеноата 3 открывает широкие возможности в синтезе разнообразных функциональных производных фломизоиковой кислоты.
Восстановление 16-формилпроизводного метилового эфира фломизоиковой кислоты 13 боргидридом натрия приводит к спирту 16 с выходом 78%, взаимодействием которого с акрилонитрилом получили цианоэтильное производное 17 (выход 85%). 16-Цианолабдатриешат 18 образуется при обработке 16-формиллабдатриеноата 13 водным раствором аммиака в присутствии йода в тетраги дрофу ране с выходом 90%. Дополнительно выделяли терпеноидный малеинимид 19 (5%) (схема 7).
Лабданоидный нитрил 18 далее использовался для синтеза 16-(5-Д-1,2,4-оксадиазол-3-ил)-15,16-эпоксилабдатриеноатов.
Схема 7
№ВН4
МеОН
МН3ад. 12
Наше внимание привлекла возможность получения терпеноидов, содержащих 1,2,4-оксадиазольный фрагмент. Известно, что соединения, содержащие указанный
9
гетероцикл, обладают антипаразитарной, диуретической, противовоспалительной, гипогликемической, гипертензивной, противоопухолевой и анти-ВИЧ активностями. 1,2,4-Оксадиазольное кольцо устойчиво к гидролизу при физиологических значениях рН и температуры и представляет возможность биоизостерической замены сложноэфирной и амидной функциональных групп.
Нами показано, что взаимодействие терпеноидного нитрила 18 с гидрохлоридом гидроксиламина в присутствии триэтиламина приводит к образованию амидоксима 20 (выход 86%). Ацилирование соединения 20 хлористым ацетилом или хлористым бензоилом в присутствии триэтиламши позволяет получить О-ацильпые производные амидоксима 20 - соединения 21 и 22 (выход 94% и 68%, соответственно), кипячением которых в толуоле получили целевые 1,2,4-оксадиазолы 23 и 24 (выход 68-70%). Взаимодействие амидоксима 20 с 2-хлорацетилхлоридом в присутствии триэтиламши при 20°С приводит к лабданоидному 1,2,4-оксадиазолу 25 (выход 63%) (схема 8).
Схема 8
СО^е 25
3.2 Синтез новых силоксизамещенных бутадиенов на основе фуранолабданоидов
Нами установлено, что альдольно-кротоновая конденсация терпеноидного альдегида 13 с ацетоном протекает с образованием кетона 26 (выход 94%). В то же время, конденсация альдегида 13 с ацетоуксусным эфиром в условиях реакции Кневенагеля (присутствие пиперидина и уксусной кислоты) требует длительного кипячения (21 ч) и приводит к 4-терпенил-3-этоксикарбонил-3-бутен-2-онам в виде смеси (¿)- и (£)-изомеров 27 и 28 (выход 89%, соотношение 1.3:1, по данным ЯМР 'Н спектра), разделяемых при
10
хроматографировании на силикагеле. Проведение реакции конденсации в условиях органокатализа - в присутствии 0.1 экв. (+)-псевдоэфедрина или ¿-пролина позволяет сократить время реакции до 8 ч, а также уменьшить избыток ацетоуксусного эфира и получить соединения 27 и 28 (схема 9) с суммарным выходом 93% (после колоночной хроматографии). В зависимости от условий реакции соотношение соединений 27 и 28 изменяется незначительно (от 1:1 до 1.5:1).
Схема 9
СН,СОСН, СН,СОСН,СО,Е1 13
NaOHaq
(CHj^N. АсОН PhH Д
COjMe 26
СОгМе 27
Доступность соединений 26-28 обусловила возможность получения терпеноидных силоксибутадиенов. Известно, что силоксибугадиены обладают высокой активностью в реакции [4+2]-циклоприсоединения, легкость гидролиза образующихся аддуктов с введением новых карбонильных или гидроксильных фупп создает дополнительную привлекательность этих соединений в синтезе функционально-замещенных полицикланов.
Новые лабданоидные триметилсилоксибутадиены 29 и 30 получали силилированием кетона 26 или смеси кетонов 27 и 28 избытком триметилхлорсилана в ацетонитриле в присутствии безводного хлорида цинка и триэтиламина в атмосфере аргона (выходы 92% и 86%, соответственно) (схема 10).
Схема 10
Me3SiO-
MejSiCl ZnCl2, Et,N
MeCN, 60°C
27,28
Me3SiCl ZnClj, EtjN
MeCN, 60°C
Таким образом, на основе превращений 16-формиллабдатриетата 13 - основного продукта реакции формилирования метилового эфира фломизоиковой кислоты 3 -предложены препаративные способы получения ряда 16-замещенных производных: лабданоидных 1,2,4-оксадиазолов и 3-тримстилсилоксибутадиенов.
4. Реакции [4+2]-циклоприсоединения новых силоксибутадиенов 4.1 Синтез соединений, содержащих 2,4-диоксаспиро- или 2,4-диазаспироундекановые фрагменты
Спироциклические циклогсксаноны, включающие 1,3-диоксан-4,6-дионовый или 1,3-диаза-2,4,6-трионовый фрагменты, являются селективными ингибиторами вирусного фермента интегразы ВИЧ-1, который за счет катализа реакции 3 '-процессинга и встраивания осуществляет интеграцию провирусной ДНК в геном клетки-хозяина. Эта стадия необходима для репродукции вируса, поэтому ингибиторы интегразы ВИЧ-1 считаются наиболее перспективны ми противовирусными препаратами нового поколения [Shults Е.Е. et al. // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2007. - V. 17. - P. 1362-1368; Ramachary D.B. et al. // Org. Biomol. Chem. - 2011. - V. 9. - P. 7282-7286.]. Для получения терпеноидных аналогов спироциклическнх циклогексанонов мы использовали реакцию [4+2]-циклоприсоединения лабданоидных силоксидиенов 29 и 30 с диенофилами, содержащими экзометиленовый фрагмент.
Нами установлено, что взаимодействие терпеноидного 1-(фуран-2-ил)-3-триметилсилоксидиена 29 с 2,2-диметил-5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом 31, полученным in situ из кислоты Мельдрума 32 и формальдегида (формалина), в присутствии L-пролина в среде ацетонитрила при комнатной температуре приводит к образованию 7-терпенилзамещенного спиродиоксантриона 33, выделенного после колоночной хроматографии с выходом 46%. При взаимодействии терпеноидного 2-этоксикарбонил-З-триметилсшюксибутадиена 30 с диенофилом 31 в этих же условиях был получен 8-этоксикарбшилзамещенный спироциклический кетон 34, который был выделен с выходом 86% (схема 11).
Взаимодействие диена 29 с 1,3-диметил-5-метилешшримидин-2,4,6(1#,ЗЯ,5Я)-трионом 35, полученным in situ из Д'.Л'-диметилбарбигуровой кислоты 36 и формальдегида, в присутствии ¿-пролина приводит к образованию 16-[2,4-диазаспиро[5.5]ундека-1,3,5,9-тетраон]лабдатриена 37, выделенного с выходом 48% (схема 11).
Соединения 33, 34 и 37 образуются в результате гидролиза первичных продуктов реакции циклоприсоединения. Региоизомерные спиросоединения в результате реакции не образуются. Снижение выхода продуктов реакций диена 29 с диенофилами 31 и 35 обусловлено, вероятно, меньшей стабильностью указанного диена по сравнению с диеном 30.
Схема 11
+ н,со
+ + н:
со
Н2СО
29+1 Г + О 36
а) ¿.-пролин, МеСЧ 20°С
При проведении реакции силоксидиена 29 и диенофила 31 при пониженной температуре (0°С), как с добавлением, так и без добавлениия ¿-пролина спироаддукт 33 выделен не был, в качестве единственного продукта реакции выделяли продукт еновой конденсации - терпеноидный 4-оксо-1,3-диоксан 38 [выходы 33 и 28%, соответственно для условий (а) и (Ь)] (схема 12).
Схема 12
29 + 32
Н,СО
усл. (а) или (Ь)
а) Ьпрсшин, МеСЧ 0"С; Ь) МеСК 0°С
С02Ме 38
Обозначенный выше интерес к спироциклическнм фурилзаменвнным циклогексанонам обусловил синтез модельного соединения 3-триметилсилокси-1 -(фуран-
3-ил)-1,3-бутадиена 39 (схема 13) и исследование его реакций с генерированными in situ диенофилами 31 и 35.
Соединение 39 получали последовательностью реакций конденсации 3-фуральдегида 40 с ацетоном в щелочной среде и силилированием кетона 41 триметилхлорсиланом в присутствии хлористого цинка и триэтиламина в ацегонитриле (выход 74%) (схема 13).
Схема 13
Me3SiO~.
t>
А
Me3SiCI ZnCi2, Et3N
ъ
NaOHaq I о MeCN, 60°C о
40 41 39
Взаимодействие 3-триметилсилокси-1-(фуран-3-ил)-1,3-бутадиена 39 с 2,2-диметил-5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом 31, полученным in situ из кислоты Мельдрума 32 и формальдегида (формалина), в ацегонитриле в присутствии L-пролина протекает при комнатной температуре и приводит к образованию двух спиросоединений 42 и 43, выделенных с выходами 92% и 5%, соответственно (схема 14). Строение 8а-гидрокси-3,6-диспироокташдрохромана 43 подтверждается данными РСА (рисунок 3). При взаимодействии 1-(фуран-3-ил)-3-триметилсилэксидиена 39 с Л'Л'-диметилбарбитураюй кислотой 36 и формальдегидом в присутствии L-пролина в качестве единственного продукта выделили спироциклическое соединение 44 (схема 14), выход которого (50%) сопоставим с выходом продукта в реакции диена 29 и диенофила 35.
Схема 14
39 + 32 + НгСО
39 + 36 + Н2СО а) L-пролин, MeCN, 20'С
Рисунок 3. Пространственное строение соединения 43
Строение спиросоединений 33, 34, 37, 42 и 44 подтверждается спектральными данными. Расположение 2,2-диметил-1,3-диоксан-4,6-дионового или 1,3-диметштиримидин-2,4,6(1#,ЗЯ,5Я)-трионового заместителей в положении С6 циклогексанонового остова однозначно следует из анализа спектров ЯМР 1Н. Отличительной особенностью спектров соединений 33, 42 и 37, 44 является слабопольный сдвиг сигнала протона при атоме С7 (5 3.89-3.94 и 3.79-3.80 м.д.), имеющего КССВ с протонами при атоме С® (V 12.9-14.1 и 3.2-4.9 Гц). Протоны И1* расположены при 5 2.392.55 и 3.29-3.55 м.д. (:)-гсм. 15.4-15.8 Гц, V 14.2-14.8 и 4.3-4.8 Гц). Из этих данных следует, что фурансодержащий заместитель в соединениях 33, 42 и 37, 44 занимает предпочтительно экваториальное расположение, протон при атоме С7 аксиален и имеет КССВ Закс.-акс. 12.9-14.1 Гц. Протоны Н""' расположены при 5 2.26-2.37 (Н"), 2.47-2.61 (Н"";), 2.87-3.15 (Н'й) м.д. и имеют характерные взаимодействия между собой. Введение этоксикарбснилыюго заместителя в положение С* соединения 34 приводит к слабопольному смещению сигналов протонов Н7'*, представленных дублетами с КССВ 13.1 Гц (5 4.33 и 4.66 м.д., соответственно). При этом, следует отметить удвоение сигнала протона 1 Г' (Д5 0.01 м.д.), обусловленное существованием спироаддукта 34 в виде смеси диастереомеров. /яранс-Расположение фурансодержащего заместителя и этоксикарбшилыюй группы следует из наличия аксиально-аксиальной КССВ протонов Н7'". Таким образом, реакция силоксидиенов 29, 30 и 39 с 5-метилендиоксандионом 31 и 5-метиленпиримвдинтрионом 35 протекает региоселективно с образованием производных 6-спироциклогексан-9-она 33, 34, 37, 42, 43 и 44, в которых фурансодержащий заместитель занимает предпочтительно экваториальное расположение.
4.2 Взаимодействие 16-(триметилсилоксибугадиенил)лабданоидов с циклическими диенофилами
Природные и синтетические 1,4-нафтохиноны вызывают интерес в связи с тем, что представляют группу важных модуляторов клеточных функций. Наше внимание привлекла возможность получения новой группы гидроксизамещенных нафтохинонов, содержащих лабдановый фрагмент на основе реакции Дильса-Альдера силоксибутадиенов 29 и 30 с бензохиноном 45а, 2-метилбензохиноном (толухиноном) 456 и 2-бром-6-метилбензохиноном 45в. При кипячении диена 29 с бензохиноном 45а в бензоле в токе аргона (12 ч) с последующей водной обработкой и хроматографированием продуктов реакции на силикагеле выделили 8-замещенный 6-гидрокси-1,4-нафтохинон 46 (выход 45%) и кетон 26 (схема 15). Проведение реакции в присутствии ¿-пролина в тех же условиях позволило увеличить выход соединения 46 до 70%. Так как конечной целью
являлось получение терпеноидных нафтохинонов, мы не ставили задачу выделения первичного аддукта А.
Толухинон 456 обладает меньшей активностью в реакции циклоприсоединения к силоксидиену 29. После хроматографирования продуктов реакции на силикагеле получили региоизомерные терпеноидные хиноны - 6-гидрокси-2-метил- 47 и 6-гидрокси-3-метил-1,4-нафтохинон 48 (схема 15) в соотношении 2:1 (общий выход 26%).
Взаимодействие диена 29 с 2-бром-6-метилбензохиноном 45в в бензоле в присутствии ¿-пролила протекало как последовательное циклоприсоединение и дегидробромирование и приводило к образованию 8-замещенного 6-гидрокси-2-метил-1,4-нафтохинона 47 (выход 68%). Как и в предыдущих случаях первичный аддукт Б выделен не был (схема 15).
Схема 15
а) £_-лролин, РЖ, 80"С
При проведении реакции 2-этоксикарбонилзамещенного силоксидиена 30 с бензохиноном 45а в условиях, подобранных для диена 29, в качестве единственного продукта выделили терпеноидный 6-гидрокси-7-этоксикарбоншнафтохинон 49 (выход 35%) (дополнительно отделили непрореагировавший диен 30 (15%) и смесь кетонов 27 и 28). Как видно, для диена 30 наблюдается снижение активности в реакции Дильса-Альдера. Взаимодействие диена 30 с бромзамещенным метилбензохиноном 45в протекало рсгиоселективно, в качестве единственного продукта выделили соответствующий 6-гидрокси-2-метил-7-этоксикарбонил-1,4-нафтохинон 50 (выход 32%). Также, как и в
случае реакций диена 29 с 1,4-бензохшюнами, первичные продукты А или Б не были выделены (схема 16).
Схема 16
о
45а,в
а) (.-лролин, РИН, 80"С
о
о
'р
а
■Ме
СОгМ» 49,50
= Н, X = Н (45а, 49); Р! = Мэ, X = Вг (45в, 50)
Реакция [4+2]-циклоприсоединения силоксизамсщенных бутадиенов с М-Я-малешшмидами активно используется для синтеза пергидроизоиндолинтрионов - ценных синтонов для построения предшественников алкалоидов индолокарбазольнош типа, а также производных Л'-метнлфталимидов.
Для синтеза лабданоидов, содержащих изоиндолиноновый фрагмент, нами исследовано взаимодействие диена 29 с Л'-метилмалеинимидом. Реакция протекала при кипячении в бензоле в присутствии ¿-нролина и приводила к образованию смеси двух диастереомерных аддуктов (соотношение 1:1) - терпеноидных (ЗаК,4й,7а5)- и (За5,4£7аЯ)-2-метилоктагидроизоиндолин-1,3,6-трионов 51а,б (выход 90%) (схема 17).
Терпеноидный диен 30 характеризуется также меньшей активностью в реакции с ЛГ-метилмалеинимидом. При одинаковых условиях взаимодействия диенов 29 и 30 с Ы-метилмалвшимидом в реакции с диеном 30 получили смесь диастереомеров (соотношение 1:1.2) - терпеноидных (ЗаЛ^^аУ)- и (За5',4й,7аЯ)-6-гидрокси-2-метил-5-этоксикарбашлгексагидроизоиндолин-1,3-диолов 52а,б (выход 37%) (схема 17). При этом, следует отметить, что продуктами реакции являются енолэфиры 52а,б, образование которых можно представить как редкий случай фиксирования енолыюй формы кетоэфиров за счет стабилизации внутримолекулярной водородной связью (8 ОН 12.4 м.д.).
Таким образом, реакцией терпеноидных силоксибутадиенов с циклическими диенофилами: бензохинонами и Л'-мстилмалешшмндом - синтезированы фуранолабданоиды, содержащие нафтохиноновые, пергидроизоиндолинтрионовые или 6-гидроксигексагидроизоиндолиндионовые заместители.
Схема 17
30
а) £.-пролин, РЖ, 80°С
О
О
о
О
5. Синтез изоиндолинонов дитерпенового типа на основе метилового эфира
Гетероциклическая система изоиндолин-1-она является структурным элементом природных и синтетических биологически активных соединений. Спектр биологического действия соединений изоиидолинонового типа включает антигипертензивную, антипсихотическую, противовирусную и противоопухолевую активности. Многие соединения, имеющие данный гетероциклический фрагмент, оказывают специфическое действие на центральную нервную сиситему. Наше внимание привлекла возможность синтеза функционализированных изоиндолинонов, содержащих лабданоидный фрагмент.
Удобная методология синтеза функционально-замещенных изоиндолинонов основана на превращении азотсодержащих оксатрициклических соединений - АГ-замещенных 5,7а-эпоксиизоиндолин-3-онов, которые с высоким выходом получают внутримолекулярной реакцией Дильса-Альдера Лг-фурфурил-Аг-алкил(арил)акриламидов (схема 18).
Нами установлено, что восстановительное аминирование альдегида 13 бензиламином, а также метиловыми эфирами £>,£-а-аминокислот в присутствии боргидрида натрия протекает гладко и приводит к образованию соответствующих
16-формиллабдатриеноата
Схема 18
лабданоидных фурфурнламинов или фурфуриламинокислот 53-56 с выходом 76-90% (схема 19).
Схема 19
инсн^и
Н2МСН2Р(1
МаВН4, МеОН
13
ССуИе
н2м-с—Н I
я
НаВН4. МеОН
СО,Ме
¡¡-¿-н
н
"С02Ме
К = СНз (54); СН(СН3)2 (55); (СН2)25СНЭ (56)
Для получения фурфурилакриламидовнамн проведено ацилирование аминов 53-56 малеиновым ангидридом или хлорангидридом кротоновой кислоты.
Реакция 16-аминометильных производных лабданоидов 53-56 с малеиновым ангидридом в мягких условиях (бензол, 20°С) приводит к 4-карбокси-5,7а-эпоксиизоиндолин-3-онам 57а,б-60а,б (выход 71-96%). Как видно, в условиях реакции протекает внутримолекулярная циклизация с образованием эхзо-аддуктов, представляющих собой смесь двух диастереомеров (1/?,55,6/?,7/?)- (57а, 58а, 59а, 60а) и (15,5й,65,75)-конфигурации (576, 586, 596, 606) (схема 20). Соотношение диастереомеров 58а-60а ; 586-606 составляет 1:3, 1:2.6 и 1:4 и зависит от заместителя при атоме азота (определяли из данных спектров ЯМР 'Н по соотношению интегральной интенсивности сигналов протонов при асимметрическом атоме углерода заместителя Я и сигналов протонов Н7).
Схема 20
53, 54, 55, 56
НзСОгС
,со2н
со2н
57а, 58а,59а. 60а
НзСОгС
576, 586, 596, 606
Я = СН2РП (57а,б); СН(С02Ме)Ме (58а,6); СН(С02Ме)СН(Ме)2 (59а,б); СН(С02Ме)(СН2)2ЗМе (60а,б)
Ацилирование фурфуриламинов 53 и 55 хлорангидридом кротоновой кислоты в хлороформе в присутствии триэтиламина приводит к соответствующим фурфуриламидам 61 и 62, которые выделяли хроматографией на силикагеле с выходами 73% и 49%, соответственно. Внутримолекулярная циклизация непредельных амидов 61 и 62 протекает при кипячении в бензоле или толуоле. Анализ реакционной смеси показывает, что в результате реакции образуются эк-зо-адцукты — терпеноидные б-метил-10-окса-З-
19
азатрицикло[5.2.1.0|':,]дец-8-ен-4-оны, представляющш собой смесь двух диастереомеров (\Я,53,6И,711)- и (1Л',5Л,,65',7.<)')-конфигурации 63а,б и 64а,б в соотношении 1 . 1 или 1.8 ■. 1, соответственно (при проведении реакции в течение 10 ч в бензоле выход эпоксиизоиндолинонов 63а,б и 64а,б составляет 16% и 77%, соответственно) (схема 21). Увеличение времени реакции вдвое для 16-[(ЛЧ>ензил)аминометил]лабдатриеноата 61 позволяет повысить выход продуктов внутримолекулярной циклизации 63а,б до 36%. При кипячении соединения 61 в толуоле (10 ч) выход эпоксиизоиндолиноков 63а,б составил 69%.
Схема 21
53, 55
С02Ме 61,62 a) Et3N, СНСЬ; Ь) PhH (80'С); с) PhMa (110'С)
"С02Ме 63а. 64а СОгМе 636,646
R = CH2Ph (б^бЗа.б^СЬКСОгМе^ЬЦМеЬ (62, 64а,6)
Заключительной стадией получения терпеноидных изонндолинонов является ароматизация //-замещенных 10-окса-3-азатрицишо[5.2.1.0|,5]дец-8-ен-4-онов. Нами установлено, что обработка оксааддуктов 57а,б-60а,б, 63а,б и 64а,б эфиратом трехфтористого бора в кипящем 1,4-диоксане приводит к образованию замещенных изоиндолин-3-онов 65-70 (выход 52-60%) (схема 22).
Схема 22
57а,6 - 60а,б ВР3 - Е120
63а,6; 64а,б 1,4-диоксан Л
Р1 = СН2Р(1, Р2=С02Н (65);
Р1 = СН(С02Ме)Ме, Р2 = С02Н (66);
Р1 = СН(С02Ме)СН(Ме)2, й2= С02н (67);
И1 = СН(С02Ме)(СНг)25Ме, Р!2=С02Н (68);
К' = СН2Р(1, И^Ме (69);
Р1 = СН(С02Ме)СН(Ме)2, Н2=Ме (70);
С02Ме б®" ™
6. Биологическая активность фломизоиковой кислоты и ее производных
Известно, что экстракты лекарствшных растений Phlomis sp. и Eremostachys sp., содержащие гликозиды фломизоиковой кислоты, обладают анальгетической активностью. Наличие анальгетической активности было ранее показано для фуранолабданоидов маррубиина и маррубииновой кислоты in vivo в тесте "уксусные корчи", что
г3а выполнение экспериментов по определению анальгетической и цитотоксической активностей фломизоиковой кислоты и ее производных и консультации при обсуждении результатов автор благодарит д.х.н Толстикову Т.Г., к.х.н. Морозову Е.А., д.м.н. Покровского Г.А.
стимулировало изучение анальгегической актиности фломизоиковой кислоты и ее полученных производных.
В лаборатории фармакологических исследований НИОХ СО РАН было показано, что фломизоиковая кислота 1 и ее амид 76, полученный на основе тирамина, уменьшают болевую реакцию у подопытных животных, вызванную химическим раздражением брюшины введением 0.75% раствора уксусной кислоты ("уксусные корчи"). Обезболивающее действие фломизоиковой кислоты 1 и амида 76 находится на уровне анальгина (использовался в качестве препарата сравнения). Полученные данные по острой токсичности агентов 1 и 76 (ЬО^о 633 и > 500 мг/кг, соответственно) позволяют отнести исследуемые соединения к 3-му классу умеренно токсичных веществ.
Полученные лабданоидные производные (21 соединение) были исследованы на цитотоксическую активность в отношении опухолевых клеток линий СЕМ-13, и-937 и МТ-4 на медицинском факультете НГУ. Выявлены соединения, потенциально перспективные для дальнейшего изучения. Производное метилового эфира фломизоиковой кислоты 12 с 5-пиридин-замещенным 1,3,4-оксадиазольным фрагментом ингибировало жизнеспособность клеток линий СЕМ-13 и и-937 (ССГОзо 9 и 12 мкМ). Высокая цитотоксичность была выявлена для лабданоидного 1,2,4-оксадиазола 25 с «алкилирующим» хлорметильным заместителем по отношению к клеточным культурам СЕМ-13, и-937 и МТ-4 (ССЮ50 0.3, 6 и 9 мкМ, соответственно). Терпеноидные 1,4-нафтохиноны 47, 48 и 49 и изоиндолин-1,3-дионы 52а,б ингибировали жизнеспособность опухолевых клеток в интервале концентраций 3-15 мкМ. Селективную цитоксичность к культуре клеток МТ-4 показали изоиндолин-3-оновые производные 65 и 68 (ССЮщ 3 и 2 мкМ, соответственно). Концентрация фломизоиковой кислоты 1, ингибирующая жизнеспособностьклеточных линий СЕМ-13, и-937 и МТ-4 (ССЮ50), составляла 60,35 и 9мкМ, соответственно.
Выводы
1. Предложен удобный способ получения 15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриен-18-овой (фломизоиковой) кислоты из метаболита Ртш згЫпса Я. Мауг. ламбертиановой кислоты при действии я-толуолсульфокислоты в бензоле.
2. Обнаружена селективность ацилирования метилового эфира фломизоиковой кислоты по положению С'6. На основе целенаправленного модифицирования 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриеноата разработаны препаративно удобные варианты синтеза 16-{2-оксо-[5-(арил)- или 16-{2-оксо-[5-(пириди№4-ил)-1,3,4-оксадиазол-2-ил]метил}лабдатриенов путем превращений соответствующих 16-(2-гидразинил-2-оксоацетил)лабданоидов.
3. Предложен способ синтеза производных метилового эфира фломизоиковой кислоты, содержащих 1,2,4-оксадиазольные заместители в положении С16, на основе 16-циано-15,16-эпоксилабдатриеноата с помощью реакции дегидратации соответствующих О-ацилированных амидооксимов
4. Синтезированы новые 16-(3-триметилсилоксибутадиенил)лабданоиды и исследованы их реакции [4+2]-циклоприсоединения с 1,4-бензохинонами, Л'-метилмалеинимидом, 5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом и 5-метиленпиримидин-2,4,6( 1Я,ЗЯ,5Я)-трионом. Выявлены основные закономерности:
• взаимодействие 16-(3-тримети1килоксибутадиепил)лабданоидов, а также 3-триметилсилокси-1-(фуран-3-ил)бутадиена с 5-метилен-1,3-диоксан-4,б-дионом и 5-метиленпиримидин-2,4,6(1Я,ЗЯ,5Я)-трионом протекает региоселективно;
• реакция лабданоидных силоксидиенов с 1,4-бензохинонами сопровождается дегидрированием образующихся аддуктов и представляет одностадийный вариант синтеза фуранолабданоидов, содержащих нафтохиноновый заместитель в положении С'6.
5. Предложена схема синтеза оптически активных производных изоиндолин-3-онов, содержащих окгагидронафталиновый заместитель, включающая получение лабданоидных фурфуриламинов, их ацилирование, внутримолекулярную циклизацию полученных непредельных амидов и ароматизацию оксатрицикличгских аддуктов. Выявлено влияние природы функционализированного заместителя в исходных аминах на выход продуктов реакции внутримолекулярной циклизации Л'-замещенных акриламидов.
6. В лаборатории фармакологических исследований НИОХ СО РАН установлена анальгетическая активность фломизоиковой кислоты и её амида в тесте химического раздражения В результате первичного тестирования 21 нового производного фломизоиковой кислоты, осуществленного на базе медицинского факультета НГУ, выявлены селективные и перспективные для дальнейшего изучения ингибиторы роста опухолевых клеток человека.
Основные результаты работы опубликованы в следующих сообщениях:
1. Миронов М.Е., Харитонов Ю.В., Шульц Э.Э., Шакиров М.М., Багрянская И.Ю., Толстиков Г.А. Синтетические трансформации высших терпеновдов. XXI. Получение фломизоиковой кислоты и её азотсодержащих производных. // Химия природных соединений. - 2010. - N 2. -С. 194-200.
2. Миронов М.Е., Харитонов Ю.В., Шульц Э.Э., Шакиров М.М., Гатилов Ю.В., Толстиков Г.А. Синтетические трансформации высших терпеноидов. XXIII. Синтез изоиндолинонов на основе дитерпеноидов.//ЖОрХ. -2010. -Т. 46. - Вып. 12.-С. 1855-1867.
22
3. Морозова Е.А, Толстикова Т.Г., Шульц Э.Э., Чернов С.В., Харитонов Ю.В., Миронов М.Е., Толсгиков Г.А. Анальгетическая активность некоторых фуранодитерпеноидов лабданового ряда и их производных. // Химия в интересах устойчивого развития. - 2010. - Т. 18. - N 4. - С. 489-494.
4. Миронов М.Е., Шульц Э.Э, Шакиров М.М, Харитонов Ю.В., Толсгиков Г.А. Синтетические трансформации высших терпеноидов. XXVIII. Диеновый синтез с участием 16-(триметилсилоксибутадиенил)лабданоидов. // ЖОрХ. - 2012. - Т. 48. - Вып. 6. - С. 842-852.
5. Патент РФ № 2479582. Опубликовано 19.04.2013. Бюл. N 11. Шульц Э.Э., Миронов М.Е., Покровский М.А., Шерман К.М., Покровский А.Г., Толсгиков Г.А. б-Гидроксинафтохиноны лабданового типа, обладающие цитотоксической активностью по отношению к опухолевым клеткам человека.
Основные результаты работы доложены на следующих конференциях:
1. Mironov М.Е., Shults Е.Е., Kharitonov Y.V., Tolstikov G.A. Naphthoquinone substituted labdanes via Diels-AIder reactioa // Тезисы докладов второй Российско-Корейской конференции "Current issues of natural products chemistiy and biotechnology".-2010. - Новосибирск. - P. 102.
2. Миронов M.E., Харитонов Ю.В., Шульц Э.Э., Толсгиков Г.А. Синтез изоиндолинонов дитерпенового типа. // Тезисы докладов XIII молодежной школы-конференции "Актуальные проблемы органической химии". - 2010,-Новосибирск. - С. 144.
3. Mironov М.Е., Shults Е.Е., Kharitonov Y.V., Tolstikov G.A. Trimethylsilyloxy butadienes of labdanes and their cycloaddition reactions. // Тезисы докладов международной конференции "Current Topics in Organic Chemistry".-2011.-Новосибирск. - P. 150.
4. Morosova E.A., Tolstikova T.G., Mironov M.E., Chernov S.V. Transformations of native metabolites as a perspective approach to the development of new highly active low-toxic analgesic agents. // Тезисы докладов международной конференции "Current Topics in Organic Chemistiy". -2011. -Новосибирск. - P. 53.
5. Харитонов Ю.В., Шульц Э.Э., Миронов M.E., Толсгиков Г.А. Синтетические трансформации по фурановому циклу как основа создания фармакологически перспективных агентов. // Тезисы докладов V всероссийской конференции "Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья".-201Z-Барнаул. -С. 145-147.
6. Миронов М.Е., Харитонов Ю.В., Шульц Э.Э., Толсгиков Г.А. Фурилзамещенные 3-триметилсилокси-1,3-бутадиены и их реакции с различными диенофилами. // Тезисы докладов всероссийской конференции "Органический синтез: химия и технология". - 2012. -Екатеринбург. - С. 61.
7. Шульц Э.Э., Харитонов Ю.В., Миронов М.Е., Чернов С.В., Толсгиков Г.А. Модификация лабдановых дитерпеноидов по фурановому фрагменту - основа для создания фармакологически перспективных агентов. // Тезисы докладов научной конференции "Фундаментальные науки - медицине". - 2012. - Новосибирск. - С. 61.
8. Mironov М.Е., Shults Е.Е., Kharitonov Y.V., Tolstikov G.A. Synthesis of 16-cyclohexanone substituted derivatives of phlomisoic acid. // Тезисы докладов четвертой Российско-Корейской конференции "Current issues of natural products chemistiy and biotechnology". - 2012. -Новосибирск. - P. 125.
Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1 печ. л. Заказ № Тираж 110 экз.
Отпечатано на ротапринте Новосибирского института органической химии СО РАН им. Н. Н. Ворожцова. 630090, Новосибирск, 90, проспект, акад. Лаврентьева, 9
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ НОВОСИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ИМЕНИ H.H. ВОРОЖЦОВА СО РАН
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ, НГУ)
^ На правах рукописи
Миронов Максим Евгеньевич
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ФУРАНОВОГО ДИТЕРПЕНОИДА 15,16-ЭПОКСИ-8(9),13,14-ЛАБДАТРИЕНОВОЙ КИСЛОТЫ
02.00.03 - органическая химия
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель:
д.х.н., профессор
Шульц Эльвира Эдуардовна
Новосибирск 2013
Оглавление
Оглавление ............................................................................................................................................................................................................2
Список сокращений ......................................................................................................................................................................................3
Введение ......................................................................................................................................................................................................................4
Глава 1. Литературный обзор ................................................................................................................................................................8
1.1 Введение ..........................................................................................................................................................................................................8
1.2. Растительные фуранодитерпеноиды ....................................................................................................................................8
1.3. Подходы к синтезу фуранолабданоидов ..........................................................................................................................13
1.3.1. Синтез фуранолабданоидов из природных дитерпенов ................................................................................13
1.3.1.1. Склареол в синтезе лабдановых дитерпеноидов ..............................................................................................13
1.3.1.2. Склареолид в синтезе лабдановых дитерпеноидов ........................................................................................15
1.3.1.3. Лариксол в синтезе лабдановых дитерпеноидов ..............................................................................................19
1.3.1.4. Другие терпеноиды в синтезе фуранолабданоидов ........................................................................................20
1.3.1.5. Синтез лабдановых дитерпеноидов на основе 1,1,5-триметил-/иранс-декалинов ............21
1.4. Превращения фуранолабданоидов ........................................................................................................................................24
1.4.1. Синтез природных метаболитов из фуранолабданоидов ..............................................................................24
1.4.2. Превращения фуранолабданоидов по декалиновому остову ....................................................................26
1.4.3. Превращения лабданоидов по фурановому фрагменту ..................................-.............29
1.4.3.1. Получение 16-замещенных производных фуранолабданоидов ........................................................29
1.4.3.2. Синтез аминометильных производных фурановых лабданоидов ....................................................33
1.4.3.3. Реакция Дильса-Альдера в превращениях фуранолабданоидов ......................................................34
1.4.3.4. Внутримолекулярная реакция диенового синтеза ..........................................................................................36
1.4.3.5. Синтез пиррололабданоидов ..............................................................................................................................................38
1.5. Фотохимические превращения фуранолабданоидов ............................................................................................40
1.6. Заключение ................................................................................................................................................................................................42
Глава 2. Обсуждение результатов ......................................................................................................................................................44
2.1. Выбор объектов исследования ..................................................................................................................................................44
2.2. Получение 15,16-эпокси-8(9), 13,14-лабдатриен-18-овой кислоты и ее амидов ..........................46
2.3. Превращения 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпокси-
8(9),13,14-лабдатриен-18-оата ..............................................................................................................................................................49
2.4. Синтез 16-формиллабдатриена и его превращения ................................................................................................52
2.4.1. Синтез фуранолабданоидов с 1,2,4-оксадиазольным заместителем в положении С16............53
2.4.2. Синтез новых силоксизамещенных бутадиенов на основе фуранолабданоидов ........................56
2.5. Реакции [4+2]-циклоприсоединения новых силоксибутадиенов ..............................................................59
2.5.1. Синтез соединений, содержащих 2,4-диоксаспиро- или 2,4-диазаспироундекановые фрагменты ..............................................................................................................................................................................................................59
2.5.2. Взаимодействие 16-(триметилсилоксибутадиенил)лабданоидов с циклическими диенофилами ........................................................................................................................................................................................................68
2.6. Синтез изоиндолинонов дитерпенового типа на основе метилового эфира 16-формиллабдатриеноата ..............................................................................................................................................................................72
2.7. Некоторые результаты исследования биологической активности синтезированных соединений ............................................................................................................................................................................................................81
2.7.1. Анальгетическая активность фломизоиковой кислоты и ее амида 126 ..........................................81
2.7.2. Цитотоксичность фломизоиковой кислоты и её производных ..............................................................82
Глава 3. Экспериментальная часть ..................................................................................................................................................89
Выводы ......................................................................................................................................................................................................................141
Список литературы ........................................................................................................................................................................................143
Приложение 1 ......................................................................................................................................................................................................163
Приложение 2 ......................................................................................................................................................................................................164
Приложение 3 ......................................................................................................................................................................................................165
Приложение 4 ......................................................................................................................................................................................................166
Список сокращений
3-С1-НБК - 3-хлорнадбензойная кислота ТБАБ - тетрабутиламмония бромид ТЭБАХ - триэтилбензиламмоний хлорид КССВ - константа спин-спинового взаимодействия BQ - бензохинон
DBU - 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен DCM - дихлорметан
DDQ - 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон
DIBAL, DIBAL-H - диизобутилалюминийгидрид
DIPEA - N, ./V-диизопропилэтиламин
DMAP - 4-диметиламинопиридин
DME - 1,2-диметоксиэтан
DMF - диметилформамид
DMSO - диметилсульфоксид
DPPH - 2,2-дифенил-1-пикрилгидразид
ED50 - эффективная доза, доза вещества, вызывающая эффект у 50% подопытных животных
GI50 - концентрация вещества, ингибирующая пролиферацию опухолевых клеток на 50% НМРА - гексаметилфосфотриамид IBX - 2-йодоксибензойная кислота
IC50, CCIC50 - концентрация вещества, ингибирующая жизнеспособность 50% опухолевых клеток
LAH - литий алюминий гидрид LDA - диизопропиламид лития
LD50- острая токсичность (доза вещества, вызывающая гибель 50% подопытных животных)
MIC - минимальная ингибирующая концентрация
NBS - TV-бромсукцинимид
NMO - Л^-метилморфолин-уУ-оксид
'Ог - синглетный кислород
РСС - хлорхромат пиридиния
PDC - дихромат пиридиния
TBDMS (TBS) - трет-бутилдиметилсилил
Tf - трифторметилсульфонил
TIPS - три(изопропил)силил
TMS - триметилсилил
TP АР - тетрапропиламмоний перрутенат
Введение
Современные тенденции по созданию ценных для медицины соединений на основе доступных веществ растительного происхождения указывают на перспективность работ, направленных на изучение химических свойств и синтетических возможностей дитерпеноидов хвойных растений. Работы по исследованию синтетических трансформаций указанных соединений, поиску новых превращений и получению необычных продуктов их трансформаций развиваются все более интенсивно. Так, осуществлены эффективные схемы превращений доступных лабдановых дитерпеноидов (-)- и (+)-склареола, лариксола и (+)-маноола, приведшие к получению фуранодитерпеноидов - коронарина А, Е и юннанкоронарина, обладающих цитотоксической, обезболивающей и противовоспалительной активностью. Доступным фурановым дитерпеноидом является ламбертиановая [15,16-эпокси-8(17),13,14-лабдатриен-18-овая] кислота, синтетические трансформации которой (окислительные и фотохимические превращения, реакция [4+2]-циклоприсоединения, аминометилирование, внутримолекулярная циклизация четвертичных аммониевых солей, превращения с использованием металлокомплексного катализа) свидетельствуют о перспективности модификации структуры фурановых лабданоидов как с сохранением, так и со структурными изменениями фуранового цикла. Однако, следует отметить, что число удобных по исполнению способов модификаций фуранолабданоидов - ламбертиановой кислоты, хиспанолона, хедихенона и коронаринов А и Е ограничено, а влияние структурных изменений на биологическую активность весьма существенно. В связи с этим, разработка селективных методов направленных трансформаций фурановых дитерпеноидов для получения соединений, содержащих дополнительные заместители в декалиновом фрагменте и в фурановом цикле, а также веществ, фурановый фрагмент в которых включен в гетероциклическую систему, изучение факторов, влияющих на направление реакций, представляет важную и актуальную задачу.
Целью настоящей работы является разработка селективных методов модификации фурановых лабданоидов - фломизоиковой кислоты и её метилового эфира и синтез новых производных лабдановых дитерпеноидов, потенциально ценных для медицины.
В ходе настоящей работы получены следующие основные результаты.
Предложен способ получения фломизоиковой [15,16-эпокси-8(9),13,14-лабдатриен-18-овой] кислоты и её амидов из ламбертиановой кислоты. Показана возможность селективного ацилирования метилового эфира фломизоиковой кислоты по положению С16. На основе полученного 16-(2-хлор-2-оксоацетил)-15,16-эпоксилабдатриеноата предложена и реализована методология синтеза 16-{2-оксо-[5-(арил)- или 16-{2-оксо-[5-
(пиридин-4-ил)-1,3,4-оксадиазол-2-ил]метил} -15,16-эпоксилабдатриенов. Разработан способ синтеза 16-(5-7?-1,2,4-оксадиазол-3-ил)-15,16-эпоксилабдатриеноатов на основе 16-циано-15,16-эпоксилабдатриеноата, полученного при обработке раствора 16-формил-15,16-эпоксилабдатриеноата в ТГФ водным аммиаком в присутствии йода. Синтезированы новые 16-(3-триметилсилоксибутадиен-1-ил)-15,16-эпоксилабдатриены и исследована их реакция [4+2]-циклоприсоединения с 1,4-бензохинонами, Л/-метилмалеинимидом, 2,2-диметил-5-метилен-1,3-ДИОксан-4,6-дионом и 1,3-диметил-5-метиленпиримидин-2,4,6(1//,3//,5//)-трионом. Показано, что реакция Дильса-Альдера с несимметричными диенофилами отличается региоселективностью. Установлена легкость ароматизации аддуктов лабданоидных силоксидиенов с 1,4-бензохинонами. На основе реакций модельного соединения - 3-триметилсилокси-1-(фуран-3-ил)бутадиена с 2,2-диметил-5-метилен-1,3-диоксан-4,6-дионом и 1,3-диметил-5-метиленпиримидин-2,4,6(1 Я,ЗЯ,5//)-трионом синтезированы спироаннелированные циклогексаноны - ценные синтонные компоненты. Создан удобный метод синтеза оптически активных производных изоиндолин-3-онов на основе лабданоидных фурфуриламинов, полученных реакцией восстановительного аминирования 16-формил-15,16-эпокси-8(9), 13,14-лабдатриеноата бензиламином, или метиловыми эфирами альфа-аминокислот в присутствии боргидрида натрия. Ацилированием лабданоидных фурфуриламинов хлорангидридом кротоновой кислоты гладко получали соответствующие непредельные фурфуриламиды, из которых внутримолекулярной реакцией [4+2]-циклоприсоединения получали А^-замещённые 4-оксо-10-окса-3-азатрицикло[5.2.1.()1>5]дец-8-ены. Выявлена легкость реакции терпеноидных фурфуриламинов с малеиновым ангидридом, в результате которой в одну стадию образуются ^/-замещённые 6-карбокси-4-оксо-10-окса-3-
азатрицикло[5.2.1.()1>5]дец-8-ены. Найдены условия ароматизации терпеноидных 10-окса-3-азатрицикло[5.2.1.0 * >5]деценонов
Синтезирован широкий ряд производных лабдатриенов, содержащих дополнительные гетероциклические (1-оксо-1,3,4-оксадиазольные, 1,2,4-оксадиазольные, октагидроизоиндолинтрионовые, гексагидроизоиндолилдионовые), циклогексаноновые и нафтохиноновые заместители в положении СУб, а также оптически активных изоиндолин-3-онов, содержащих октагидронафталиновый заместитель.
Методами ИК, УФ, ЯМР 'Н и 13С спектроскопии охарактеризовано строение всех впервые полученных веществ и установлена регио- и стереонаправленность изучаемых реакций. Методом РСА определены геометрия и структурные параметры трех новых соединений.
В лаборатории фармакологических исследований НИОХ СО РАН получены некоторые данные о биологической активности фломизоиковой кислоты и ее производных. Установлено, что фломизоиковая кислота и ее амид в дозе 10 мг/кг обладают анальгетической активностью в тесте химического раздражения на уровне используемых препаратов. В результате первичного тестирования модифицированных фурановых дитерпеноидов, осуществленного на базе медицинского факультета НГУ, выявлено, что производные метилового эфира фломизоиковой кислоты, содержащие дополнительные оксадиазольные или нафтохиноновые заместители в фурановом цикле, обладают цитотоксической активностью на трех линиях опухолевых клеток человека в микромолярном интервале концентраций. Выявлены соединения, перспективные для дальнейшего изучения в качестве противоопухолевых агентов.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Учреждения Российской академии наук Новосибирского института органической химии им. H.H. Ворожцова СО РАН по приоритетному направлению 5.6 "Химические проблемы создания фармакологически активных веществ нового поколения" (программа фундаментальных научных исследований СО РАН № V.41.1, проект V.41.1.6. "Направленные синтетические трансформации растительных алкалоидов, терпеноидов и кумаринов. Полный синтез веществ высокой фармакологической значимости"), при поддержке программы Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» (проект № ФНМ-44 "Направленные синтетические трансформации лабдановых дитерпеноидов с целью разработки оригинальных агентов с селективностью анальгетического действия"), грантов РФФИ (№ 09-03-00183 и № 12-03-00535) и грантов Президента Российской Федерации для Государственной поддержки ведущих научных школ (№ НШ-4861.2008.3, НШ-7005.2010.03; НШ-3986.2012.3).
Соискатель выражает благодарность д.х.н., академику Генриху Александровичу Толстикову за предоставленную возможность выполнения работы в рамках руководимой им научной школы.
Соискатель выражает благодарность директору химического сервисного центра коллективного пользования В.И. Маматюку, сотрудникам группы ЯМР В.В. Кандауровой, А.Б. Скоровой, Т.В. Маматюк, а также сотрудникам лаборатории физических методов исследованмя: О.Б. Стаценко, Е.В. Карповой, A.B. Маматюку, С.Г. Бардиной за запись ЯМР, ИК, УФ, масс-спектров и определение удельного оптического вращения полученных соединений. Также соискатель благодарит сотрудников лаборатории микроанализа за проведение элементного анализа.
Автор выражает благодарность М.М. Шакирову за запись спектров различных типов протон-протонной, углерод-протонной корреляции и эффекта Оверхаузера. Автор благодарит д.х.н. Багрянскую И.Ю. и д.х.н. Гатилова Ю.В. за проведение рентгено-структурного анализа и расшифровку результатов.
Соискатель выражает благодарность заведующей лаборатории фармакологических исследований, д.х.н., пофессору Т.Г. Толстиковой и к.х.н. Е.А. Морозовой за исследование биологической активности полученных соединений и ценные консультации при обсуждении результатов. За исследование цитотоксичности автор благодарит декана медицинского факультета НГУ, д.м.н., профессора Г.А. Покровского.
Автор выражает благодарность к.х.н. Юрию Викторовичу Харитонову за поддержку и ценные советы. Соискатель выражает благодарность за проявленные требовательность и терпение своему научному руководителю, заведующей лабораторией медицинской химии, д.х.н., профессору Эльвире Эдуардовне Шульц. Также автор благодарит за поддержку всех сотрудников ЛМХ.
Глава 1. Фуранодитерпеноиды лабданового ряда: нахождение в растениях, получение, некоторые превращения и биологическая активность
(литературный обзор)
1.1. Введение
Среди веществ, перспективных для использования в медицине, привлекают внимание ди-, сестер- и тритерпеноиды, особенностью строения которых является наличие фуранового цикла или производного от него структурного фрагмента. В этих природных терпеноидах фурановый цикл претерпевает превращение в бутенолидный или дигидрофурановый фрагмент. В ряде работ отмечается, что трансформирование цикла приводит к появлению новой или усилению первоначальной биологической активности нативного терпено�
