Синтез 1,2,4-триоксоланов и 1,2,4,5-тетраоксанов в ряду стероидов и тритерпеноидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ЯМАНСАРОВ ЭМИЛЬ ЮЛАЕВИЧ

4

СИНТЕЗ 1,2,4-ТРИОКСОЛАНОВ И 1,2,4,5-ТЕТРАОКСАНОВ В РЯДУ СТЕРОИДОВ И ТРИТЕРПЕНОИДОВ

02.00.03 -Органическаяхимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 О СЕН 7015

Уфа-2015

005562144

005562144

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Уфимском Институте химии Российской академии наук

Научный консультант: доктор химических наук, профессор

Куковинец Ольга Сергеевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

ведущий научный сотрудник лаборатории фосфорсодержащих аналогов природных соединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук Катаев Владимир Евгеньевич

кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории органического синтеза Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа Российской академии наук Савченко Римма Гафуровна

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Новосибирский Институт органической химии им. H.H. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук

Защита диссертации состоится «15» октября 2015 года в 1422 ч на заседании диссертационного совета Д 002.004.01 на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Уфимского Института химии Российской академии наук по адресу: 450054, Башкортостан, г. Уфа, проспект Октября, 71, зал заседаний; факс (347) 2356066; e-mail: chemorg@anrb.ru.

С диссертацией и авторефератом диссертации можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимского научного центра Российской академии наук и на сайте www.chem.artrb.ru.

Автореферат разослан 2015 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальпость работы. Соединения, содержащие в своем составе пероксидную группу, играют большую роль в органической химии и медицине. Помимо промышленной значимости в качестве катализаторов и реагентов полимеризации олефинов, некоторые классы циклических пероксидов обладают рядом ценных фармакологических свойств. Например, производные ряда 1,2,4-триоксолана и 1,2,4,5-тетраоксана обладают противоопухолевой, противопаразитарной и противотуберкулезной активностью. Настоящий прорыв в данном направлении исследований произошел в конце прошлого века после открытия антималярийных свойств артемизинина.

Успехи в области химии и фармакологии артемизинина стимулировали исследования по синтезу и изучению свойств соединений с пероксидным фрагментом. Так, .ГЬ.УеппегзЦ-от и соавт. синтезировали нескольких сотен адамантановых и циклогексановых 1,2,4-триоксоланов с различным противопаразитическим действием1. Внимание группы Р.М.О'КеШ направлено на синтез 1,2,4,5-тетраоксанов на основе адамантанона и циклогексанона с азагетероциклическими заместителями в качестве антималярийных агентов2. В области физико-химических свойств пероксидов Д.В. Казаковым и соавт. впервые обнаружены яркие хемилюмпнесцентные реакции биологически активных 1,2,4,5-тетраоксанов и 1,2,4-триоксоланов и предложен новый метод аналитического определения циклических дипероксидов с помощью хемилюминесценции3. Прикладным аспектом стало введение в медицинскую практику антималярийного препарата 8уплат®, включающего в состав 1,2,4-триоксолановое производное адамантана "Артеролан".

Отметим, что вышеупомянутые соединения были получены синтетическим путем с использованием коммерчески доступных реагентов. В то же время практически отсутствовал поиск платформ на основе природных соединений для целенаправленного получения полусинтетических перекисей. Исключением являются работы по синтезу биоактивных 1,2,4,5-тетраоксанов холевых кислот. Пентациклические тритерпеноиды, обладающие высоким потенциалом для медицины человека, как объекты в вышеуказанных исследованиях не упоминались.

1 J.L.Vermerstrom et al. /' J. Med. Cliem. - 201?. - V. 56. - № 6. - P. 2547-2555.

2 P.M. O'Neill et al. // Angew. Chem.. Int. Ed. - 2010. - V. 49. - № 33. - P. 5693-5697.

3 D.V. Kazakov et al. // RSC Advances. - 2012. - V. 2. - P. 107-110.

Таким образом, разработка путей синтеза устойчивых тритерпеноидных и стероидных циклических пероксидов с 1,2,4-триоксолановым, 1,2,4,5-тетраоксановым и 1,2,4-диоксазояидиновым фрагментами, обладающих потенциальной фармакологической активностью, является актуальной задачей фундаментальной органической и прикладной медицинской химии.

Результаты, изложенные в диссертации, являются частью исследований, проводимых в УфИХ РАН (до 2015 г. ИОХ УНЦ РАН) по теме «Дизайн и направленный синтез органических молекул с заданными свойствами» (номер государственной регистрации 0120.0801447). Исследования по теме диссертащш были поддержаны грантами Президента РФ на поддержку молодых ученых и ведущих научных школ — молодые доктора наук (МД-3852.2009.3)4 и РФФИ (№ 0903-008314, № 14-03-31664мол_а).

Цель работы. Синтез трптерпеноидов, содержащих циклические 1,2,4-триоксолановые, 1,2,4,5-тетраоксановые и 1,2,4-диоксазолидиновые фрагменты, а также стероидных 1,2,4-триоксоланов. Решаемые задачи:

- синтез тритерпеновых 1,2,4-триоксоланов и 1,2,4-диоксазолидинов, а также 1,2,4-триоксоланов холевых кислот взаимодействием с озоном их метоксиоксимов (метод Грисбаума);

- синтез, выделение и установление структуры индивидуальных диастереомерных олеанановых 1,2,4-триоксоланов с использованием низкотемпературного озонолиза а-апоаллобетулина;

- введение 1,2,4,5-тетраоксанового цикла в структуру трптерпеноидов реакцией пероксиконденсации кетонов с геи-бисгидроперексидом циклогексана;

- изучение особенностей озонолитического расщепления двойной С=Ы связи оксиминной группы в тритерпеноидах в зависимости от условий реакции, наличия заместителя у атома азота и карбонильной компоне[пы в растворе;

- трансформация некоторых оксифункционализированных продуктов озонолиза тритерпеноидов в практически важные соединения с алкиновым и виннлхлоридным фрагментами.

Научная новизна. Впервые, осуществлен синтез несимметричных диспиро- и моноспиродизамещенных вторичных озонидов дезоксихолевой и литохолевой кислот

4 Автор благодарит руководителя проектов д.ч.н. Д.В. Казакова, инициировавшего исследования биологически активных пероксидов в ИОХ УНЦ РАН, за атодотворные дискуссии и поддержку настоящей работы.

озонолизом их метоксиоксимов в присутствии простых кетонов. С помощью кристаллизации выделен в индивидуальном виде (35,3'Д)-5/?-холан-3-спиро-(гем-метилгрифторметил-1' ,2' ,4 '-триоксолан), структура которого установлена методом РСА.

Установлено преобладание аномального пути реакции СЗ- и С20-метоксиоксимов тритерпеноидов с озоном в присутствии простых кетонов с образованием продуктов альтернативных перегруппировок - Л^-метоксилактамов и метил-29,30-биснорлупан-20-оата, что нехарактерно для классического соозонолиза по методу Грисбаума.

В результате окисления озоном 3,5-диметоксиоксима 3,5-секоаллобетулина впервые осуществлен стереоселективный синтез тритерпенового аминопероксида 1,2,4-диоксазолидиновым фрагментом в цикле А.

Впервые, на примере 3-оксо- и 21 //-ацстил-тритерпсноидов с использованием кислотно-катализируемой пероксиконденсащга с гел<-бисгидропероксидом циклогексана синтезированы устойчивые диспиро-1,2,4,5-тетраоксановые производные.

Разработан эффективный метод синтеза производных тритерпеноидов с терминальным ацетиленовым и винилхлоридным заместителями, основанный на взаимодействии продуктов озонолиза (4- и 20-норкетонов) с хлоридами фосфора.

Практическая значимость. Предложен новый эффективный метод синтеза А-гомотритерпеноидных и А-гомостероидных лактамов, основанный на действии озоном на оксиминогруппу в инертных растворителях. Формирование лактамного фрагмента в случае тритерпеноидов является предпочтительным путем реакции, даже при озонировании в кислых условиях реакции, что делает невозможным синтез 1,2,4-триоксоланов реакцией метоксиоксима тритерпеноида с озоном в присутствии простого кетона.

Предложен новый способ получения а,^-ненасыщенных 3-оксотритерпеноидов, основанный на взаимодействии 28-оксоаллобетулона с гел(-бисгадропероксидом циклогексана.

Показано, что (ЗЯ,5Я)-3(5)-озонид на основе аллобетулина обладает цитотоксичностыо по отношению к клеткам меланомы и эпидермального рака человека в отличие от не проявившего активность (З^^-изомсра.

Выявлены in vitro антпмалярийные свойства вторичных озонидов дезоксихолевой кислоты с уровнем активности ИК50 < 25 нг/мл в отношении различных штаммов малярийных паразитов P. falciparum, что сопоставимо с известными в литературе перекисными агентами.

Положения, выносимые на защиту.

Синтез 1,2,4-триоксоланов стероидов с использованием метода Грисбаума.

Нетривиальное взаимодействие оксиминотритерпеноидов с озоном в различных условиях.

Образование А'-мстокси-1,2,4-диоксазолпдинового фрагмента в 3,5-диметоксиоксиме А-нео-3,5-секоаллобетулина при взаимодействии с озоном.

Синтез и характеристика индивидуальных (3R,5R)- и (35,55)- 1,2,4-триоксоланов аллобетулина реакцией низкотемпературного озонолиза а-апоаллобетулина в апротонном растворителе.

Пероксиконденсация некоторых олеанановых и урсановых 3- и 31-оксотритерпеноидов с гел(-бисгидропероксидом циклогексана в аштезе устойчивых 1,2,4,5-тетраоксановых производных, подбор оптимальной каталитической системы.

Одностадийный синтез ацетиленов и винилхлоридов тритерпеноидов с галогенированием и дегидрогалогенированием 4- и 20-оксопроизводных in situ хлоридами фосфора.

Вклад автора. Непосредственное участие в получении и обработке экспериментальных данных, написании статей и тезисов докладов, анализе и интерпретации полученных результатов, подготовка и написание диссертационной работы.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XII молодежной школе-конференции по органической химии (Суздаль, 2009 г.), ХШ молодежной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2010 г.), Всероссийской молодежной школе-конференции «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлорганическон химии XXI века» (Санкт-Петербург, 2010 г.) и на X Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа-Абзаково, 2015 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, 5 из которых - в международных журналах, 4 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ; тезисы 5 докладов на Всероссийских конференциях.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора на тему «Современные аспекты органической и биоорганической химии циклических синтетических и полусинтетических пероксидов» (глава 1), обсуждения результатов (глава 2) и экспериментальной части (глава 3), выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 196 страницах машинописного текста, включает 83 схемы, 33 рисунка и 5 таблиц. Список литературы содержит 230 наименований.

Автор выражает благодарность д.х.н., проф. О.Б. Казаковой за неоценимую помощь, советы и предложения при проведении исследований, написании статей и диссертационной работы.

Автор признателен заведующему лаборатории биорегуляторов насекомых д.х.н., проф. Г.Ю. Ишмуратову за постоянно оказываемую помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Литературный обзор посвящен синтезу двух перспективных классов циклических пероксидов, производные которых находятся на стадии клинических испытаний в качестве антималярийных агентов - 1,2,4-триксоланов и 1,2,4,5-тетраоксанов, а также агатезу наиболее перспективного класса пероксидов с гетероатомом - аминопероксидов. В данном разделе проанализированы 150 литературных источников, более половины из них за последние 15 лет. Отдельно рассмотрены самые важные соединения представленных классов органических пероксидов, обладающие наибольшим фармакологическим потенциалом.

На основании проведенного анализа литературных данных показано, что весомая доля исследований в области химии перекисных соединении связана с получигаем синтетических пероксидов и их дальнейшей трансформацией. Масштабные работы по введению пероксидного фрагмента в структуру природных соединений осуществлены только в области создания 1,2,4,5-тетраоксановых производных холевых кислот. Относительно аминопероксидов и 1,2,4,5-тетраоксанов

тритерпеноидов, а также 1,2,4-триоксоланов стероидов подобные исследования не проводились.

1. Синтез 1,2,4-триоксоланов холевых кислот

В литературе хорошо представлен синтез 1,2,4,5-тетраоксановых производных стероидов, в том числе холевых кислот. Совместив в одной структуре стероидный остов и дипероксидную функцию с различными заместителями, авторам удалось добиться значительных результатов в фармакодинамике полученных соединений, в частности, по уровню их антималярийной и противоопухолевой активности. Синтез 1,2,4-триоксоланов стероидов в литературе не представлен. Наиболее удобным и эффективным способом введения озонидного цикла в структуру органических соединений является совместный озонолиз метоксиоксимов и кетонов (метод впервые предложен К. Грисбаумом в 1995 г.5).

В качестве стероидной компоненты мы использовали доступные холевые кислоты. Действие избытка CHjONHi'HCl на метиловые эфиры З-оксо-12-ацетоксидезоксихолевой 1 и 3-оксолитохолевой 2 кислот при кипячении в растворе пиридин-МеОН (1:1) привело к образованию метоксиоксимов 3 (90%) и 4 (93%) в виде смеси син- и анти- изомеров с соотношением 1:1 соответственно (схема 1). Данный метод применялся нами в дальнейшем и для получения метоксиоксимов тритерпеноидов из соответствующих оксопроизводных.

Кросс-озонолиз 5/?-холан-3-метоксиоксимов 3 и 4 с кетонами осуществили в растворе СН2С12-циклогексан (2:1) действием озона при 0°С (схема 1). В результате впервые синтезированы диспиро- и моноспиродизамещенные стероидные 1,2,4-триоксоланы 5-10 с выходом 37-51%. В качестве минорных продуктов реакции во всех случаях выделены iV-метоксилактамы 11 (10-14%) и 12 (8-15%).

Наибольшие выходы озонидов ожидаемо оказались при применении СРзС(0)СН] в качестве карбонильной кросс-компоненты. Отмечено образование стероидных Л^-метоксилактамов 11 (52%) и 12 (47%) в качестве основных продуктов реакции при озонолизе в отсутствие кросс-кетонов в реакционной смеси.

По всей видимости, формирование 1,2,4-триоксоланового фрагмента происходит по известному механизму, описанному в литературе, который

5 К.Griesbaum et al. // Liebigs Ann. Chem. - 1995. - № 8. - P. 1571-1574.

заключается в циклизации промежуточного карбонилоксида с карбонильной функцией кросс-кетонов. Образование ЛГ-метоксилактамов объясняется спонтанным распадом нестабильного С-М эпоксида - продукта конкурирующего 1,2-циклоприсоединения молекулы озона.

7 И1 = ОЛс, И2 = СИз, Я3 = СИ, (50%);

8 И1 = Н, Я- = СР3, И1 = СН3 (51%),

9 К1 = ОАс, Я2 = Я3 = С6НИ (40%);

10 Я1 = Н, Я2 = Я3 = С6Н,! (43%).

Схема 1. Условия и реагента: я. СН3ОКН2-НС1, пиридин-МеОН (1:1), Д, 8 ч; Ь. 03, СН2С12-циклогексан (2:1), кетон (СР3С(0)РЬ, СР3С(0)СН3 или циклогексанон), 0°С

Структуры соединений 5-10 установлены с использованием ЯМР-сиектроскоиии6. 1,2,4-Триоксоланы 5-8 представляли собой смеси четырех диастереомеров, о чем свидетельствовал множественный характер сигналов озонидного кольца в спектрах ЯМР13С в области 5С 110-115 м.д. Их соотношение составило 1:2:2:1 согласно интенсивностям сигналов -ОСН3 групп при 5л З.б м.д. в спектрах ЯМР'Н смесей. Разделить изомеры колоночной хроматографией на индивидуальные вещества не представлялось возможным ввиду их крайне близкой хроматографической подвижности.

Тем не менее, нам удалось выделить (З^З'й^-диастереоизомер соединения 7 кристаллизацией реакционной смеси в гексане, абсолютную конфигурацию его

6 За проведение исследований структуры соединений методом ЯМР автор благодарит заведующего лабораторией ФХМА к.х.н. Л.В. Спирихина и сотрудника лаборатории к.х.н. А.Н. Лобова.

хиральных центров в положениях СЗ и СЗ' определили методом рентгеноструктурного анализа (рис. I)7.

Таким образом, кросс-озонолизом 3-метоксиоксимов метиловых эфиров дезоксихолевой и литохолевой кислот с простыми кетонами осуществлен первый синтез стероидных 1,2,4-триоксоланов.

2. Аномальный кросс-озонолпз 3- и 20-метоксиоксимов тритерпеноидов

Осуществив совместный озонолиз 3-метоксиоксимов холевых кислот и кетонов до устойчивых вторичных озонидов, мы приступили к использованию метода Грисбаума применительно к тритерпеноидам для синтеза 1,2,4-триоксоланов.

Для этого окислению озоном в присутствш! простых кетонов подвергли легкодоступные метоксиоксимы 28-оксоаллобетулона 13, А-нео-4,23,24-триснораллобетулин-3-она 14 и ди-0-ацетил-29-норлуп-20-она 15. Реакцию проводили при 0°С в растворе СН2С12 - циклогексан (схема 2).

Схема 2. Условия и реагенты: а. 03, СН2С12, кетон (СР3С(0)СН3, СР3С(0)РЬ, СН3С(0)СН3, циклогексанон, циклопентанон, циклогептанон или адамантанон), 0°С; Ь. 03, СН2С12, 0"С; с. Оз, СН2С12-циклогексан (3:1), СР3С(0)СН3, 0°С

При озонолизе соединений 13 и 14 вместо ожидаемых 1,2,4-триоксоланов получили ЗА-гомо-За-метоксиазапронзводпые 16 (51%) и 17 (42%). В отличие от представленных в литературе примеров, соединения 16 и 17 образовывались независимо от применяемой карбонильной кросс-компоненты, а также являлись

7 За проведение рентгеноструктурного аналша соединений 7, 18, 23, 24, 28,37, 38, 39 и 40 автор благодарит к.ф.-и.н. К.Ю. Супоницкого (ИНЭОС РАН).

основными продуктами при окислении в отсутствие кросс-кетонов в реакционной смеси.

Взаимодействие соединения 15 с ацетоном и циклогексаноном в указанных условиях привело к снятию метоксиоксимной группы под действием 03, а в присутствии СР3С(0)СН3 синтезирован «аномальный» продукт - метил-29,30-биснорлупан-20-оат 18 (схема 2). Выход составил 45%.

Структура соединений 16-18 установлена методом ЯМР спектроскопии, а для соединения 18 подтверждена рентгеноструктурным анализом (рис. 2).

Таким образом, установлено преобладание аномального пути окисления СЗ- и С20-метоксиоксимов тритерпеноидов озоном с образованием продуктов альтернативных перегруппировок - У-метоксилактамов и метил-29,30-биснорлупан-20-оата, что нехарактерно для классического соозонолпза по методу Грисбаума, в том числе и для холевых кислот. Проведенные нами пробные опыты со сменой пары участвующих в реакции озонировать субстратов на «оксотритерпеноид -метоксиоксим простого кетона» покачали отсутствие интенсивных сигналов пероксидной связи в спектрах ЯМР реакцинной массы и требуют отдельной серии экспериментов,

3. Первый синтез аминопероксидов тритерпеноидов с 1,2,4-диоксазолидиновым фрагментом

Из литературы известно, что озонолиз диметоксиоксимов 1,5- и 1,6-дикарбонильиых соединений приводит к образованию редкого амипопсроксидного фрагмента - Л^-метокси-1,2,4-диоксазолидянового кольца.

В нашем случае в качестве бисметоксиоксима был использован 3,5-диметоксиоксим 3,5-секоаллобетулина 19, взаимодействие которого с Оэ в СН2С12 при 0°С протекало стереоселективно, приводя лишь к одному диастереомеру - 35,55-диокси-3,5-уУ-метоксиазо-ахтобетулину 20, выход составил 48% (схема 3). Кроме этого, в незначительном количестве выделен аминопероксид с окисленной метиленовой группой С28 21 (11%).

КОСИ,

Н3СО?

Схема 3. Условия и реагенты: а. 03, СН2О2, 0°С

Стереоселективное формирование 1,2,4-диоксазолидинового фрагмента, по-видимому, происходит в результате региоселективной атаки озоном двойной С=Ы связи в положении СЗ соединения 19 с последующим стереоспецифичным внутримолекулярным [3+2]-циклоприсоединением промежуточного карбонилоксида к двойной связи второй метоксиоксимной группы при С5.

Рентгеноструктурный анализ подтвердил установленную спектроскопией ЯМР структуру соединения 20 (рис. З)8 и позволил определить конфигурацию хиральных центров аминоперекисного остатка.

Таким образом, установлено стереоселективное формирование У-метокси-1,2,4-диоксазолидинового фрагмента при озонировании 3,5-диметоксиоксима 3,5-секоаллобетулина.

4. Синтез и строение (3/?,5Й)- и (3£,55М,2,4-триоксоланов аллобетулина

К основным методам синтеза 1,2,4-триоксоланов относится и низкотемпературный озонолиз олефннов в инертгшх растворителях. Наши попытки получить устойчивый вторичный озонид по изопропенильной группе тритерпеноидов путем варьирования температуры, растворителя, применения высокоактивных кетонов оказались безуспешными. Следы пероксидного цикла удавалось зафиксировать лишь при проведении 03 при -78°С в СОС13 в ампуле и снятии ЯМР спектра сразу после окончания реакции. Образующиеся 1,2,4-триоксоланы самопроизвольно распадались до кетонов (некоторые превращения этих соединений описаны в разделе 7). В литературе сообщалось о получении смеси 1,2,4-триоксолановых производных взаимодействием а-апоаллобетулина 22 с озоном в СН2С12 или водным раствором смеси СН3СОООН, СН3СООН, Н202 и Н2304 (коммерческий реагент «Регй1еп1»).

8 За проведение рентгсноструктурного анализа соединения 20 автор благодарит Д.Е. Архипова ГИНЭОС РАН).

21(11%)

Взаимодействием соединения 22 с 03 при -40°С в СН2С12 осуществлен синтез устойчивых изомерных (ЗЛ,5Й)- 23 и (3л;55>3(5)-озоиидов аллобетулина 24 в соотношении 6:1 (схема 4). Соотношение продуктов 23 и 24 определили на основании интегральной интенсивности сигналов протонов Н19 в области 8И 3.5 м.д. в спектре ЯМР'Н необработанной реакционной массы. Третьим продуктом оказался ранее описанный Зя,5я-эпоксид 25. Диастереомерные 1,2,4-триоксоланы 23 и 24 выделены в индивидуальном виде в результате хроматографирования на колонке с А1203 (элюенты - гексан, бензол) с выходом 57 и 9% соответственно.

Схема 4. Условия и реагенты: а. 03, 01;СЬ, -40°С

При повышении температуры озонолиза до 0°С отмечено снижение стереоселективности процесса, соотношение озонндов 23 и 24 составило 2:1. По всей видимости, подобное поведение связано с тем, что (ЗЛ,5Л)-изомер 23 является термодинамически более устойчивым, в то время как (ЗЛ',55")-изомср 23 образуется при кинетическом контроле реакции.

Структура соединений 23 и 24 установлена с помощью методов ЯМР-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа (рис. 4, 5). В спектре ЯМР13С (ЗЯ,бензомера 23 сигналы углеродных атомов эндопероксидного мостика СЗ и С5 регистрировались при 5С 110.7 и 113.0 м.д., соответственно, а (3£,^-изомера 24 - 5С 111.8 и 112.3 м.д.

Таким образом, низкотемпературным озонолизом я-аиоаллобетулина синтезированы диастереомерные 1,2,4-триоксоланы с образованием в качестве мажорного (ЗД,5Д)-изомера, для которого обнаружены цитотоксическне свойства в отношении клеток меланомы и эпидермального рака человека.

5. Первый синтез 1,2,4,5-тетраоксанов тритерпеноидов

В литературе имеются примеры синтеза 1,2,4-триоксанов и 1,2,4-триоксоланов тритерпеноидов. В то же время примеры синтеза 1,2,4,5-тетраоксановых производных

тритерпеноидов отсутствуют. Известно, что тритерпеноиды проявляют высокое сродство к окислению 30%-ным раствором Н202, которое требуется для промежуточного введения гидроперекисных заместителей. Поэтому для целевого синтеза была использована пара реагентов "гам-бисгидропероксидный реагент — оксотритерпеноид" 26 или 27.

В результате пероксиконденсации соединений 26 и 27 и гем-бисгидропероксида циклогексана под действием Н2804(КО„Ц) синтезированы 3-спироолеан-(Г,2',4',5'-тетраоксоциклогексан)-3'-спироциклогексан 28 (88%) и 31-спироурс-(Г,2',4',5'-тетраоксоциклогесксан)-3'-сшфоцик.югексан 30 (60%) (схема 5). Помимо основных продуктов реакции в первом случае был выделен 28-оксоаллобетулон-1(2)-ен 29 (10%), во втором случае - 28-оксопроизводное 31 (20%).

Схема 5. Условия и реагенты: а. гаи-бисгидропероксициклогексан, CHCh, HjSO+'ClbCN (1:10), 0°С

Для опти№1зации процесса осуществлен ряд экспериментов по выбору наилучшего катализатора, на основании которых был составлен ряд их эффективности в реакции пероксиконденсащш оксопроизводных тритерпеноидов с гам-бисгидропероксидом циклогексана: H2S04-CH3CN (1:10) > HBF4>Re207.

В ходе выполнения опытов обнаружено, что в результате взаимодействия 28-оксоаллобетулона 26 с гаи-бисгидропероксидом циклогексана в отсутствие катализатора пероксиконденсации образуется а,/?-ненасыщенный кетон 29 в виде основного продукта реакции с выходом 86%.

Структура соединений 28-31 установлена на основании спектров ЯМР'Н и 13С с использованием двумерных корреляционных методик HSQC, НМВС, COSY и NOESY, а для 1,2,4.5-тетраоксана 28 подтверждена данными РСА (рис. 6).

Таким образом, синтезированы ранее неизвестные устойчивые производные тритерпеноидов с 1,2,4,5-тетраоксановым фрагментом в положениях СЗ и С21. Установлено, что в реакции пероксиконденсащш оксотритерпеноидов с гем-бисгидропероксидом циклогексана необходимо использовать сильный протонодонорный катализатор.

6. Примеры образования нетривиальных продуктов озонолиза З-оксимииотритерпеноидов

Известно, что действие озона на незамещенную окспминную группу приводит либо к ее снятию, либо к окислению до нитрогруппы. Взаимодействие же 3-метоксиоксимов тритерпеноидов с 03 в присутствии или без карбонильной кросс-компоненты, неизменно приводило к формированию А-гомолактамного фрагмента.

В связи с этим предстояло выяснить закономерности озонирования 3-оксиминотритерпеноидов. Так, озополизом соединения 32 в СНС13 при 0°С с выходом 48% синтезирован предполагаемый лактам 33 (схема 6). По-видимому, формирование лактамного фрагмента аналогично альтернативному пути взаимодействия метоксноксимов с озоном. Одновременно имело место частичное снятие оксиминной группы в соединении 32.

Схема 6. Условия и реагенты: а. 03, СНС13, 0°С

В литературе имеются примеры окисления озоном оргаш1ческих соединений в кислых условиях реакции («кислый сольволиз»), в результате чего пути расщеплешш промежуточных кислородсодержащих интермедиатов изменялись и приводили к неожиданным результатам.

В результате взаимодействия З-оксимино-28-оксоаллобетулона 32 с 03 в смеси СНОз-НС^ощ,) (20:1) получен набор продуктов 33-39 (схема 7), среди которых соединения 34, 37, 38 и 39 содержали в своем составе атомы хлора и ранее не были описаны в литературе. Основным продуктом реакции вновь оказался лактам 33 (51%). Структура полученных соединений установлена с помощью метода ЯМР-

ноу

о

спектроскопии с использованием двумерных корреляционных методик. Для соединений 37,38 и 39 получены данные рентгеноструктурного анализа (рис. 7 - 9).

Схема 7. Условия и реагенты: а. 03, СНС13/НС1(кшп1) (20:1), 0°С

Взаимодействие 3-метоксиоксима 28-оксоаллобетулона 14 с 03 в аналогичных условиях привела к мажорному У-метоксилактаму 17 (52%) и минорному 2,2-дихлор-28-оксоаллобетулону 40 (8%) (схема 8). Структура соединения 40 установлена методом ЯМР спектроскопии и подтверждена данными РСА (рис. 10).

Схема 8. Условия и реагенты: а. 03, СНС13Я1С1(ко„ц) (20:1), 0°С

Таким образом, при озонировании замещенных и незамещенных 3-оксиминотритерпеноидов образование лактамного фрагмента является предпочтительным путем реакции, в том числе и кислых условиях реакции.

7. Превращения 4- и 20-оксотритерпеноидов в производные с алкнновым и вннилхлоридиым фрагментом

Как было показано выше (разделы 2 и 4), получить триоксоланы по изопроиенильной группе оказалось невозможным из-за их высокой нестабильности. Однако полученный результат открывает путь к новым направлениям трансформаций тритерпеноидов, таким как терминальные алкины и винилхлориды. Для формирования указанных заместителей в структуре тритерпеноидов был выбран классический подход, заключающийся в действии фосфоргалогенидов на оксогруппу с образованием гем-дигалогенпронзводного с его последующим дегидрогалогенированием.

Взаимодействием 29-норлупан-20-она 41 с РОС13 при кипячении в пиридине впервые синтезирован 29-норлуп-20-ин 42 (73%). В качестве побочных продуктов реакции выделили 19/?,28-эпокси-29-норлуп-20-ен 43 (5%) и 20-трихлорметил-29-норлупан-20-он 44 (1%) (схема 9). В то же время, взаимодействие соединения 41 с РС15 при кипячении в СНС13 протекало с отщеплением одной молекулы НС1 и привело к образовашно 20-хлор-29-норлуп-20-ена 45 (83%).

Схема 9. Условия и реагенты: а. РОС13/пнридин, Д, 8 ч; Ь. РС15/СНС13, Д, 8 ч

3,4-Секо-23-норолеан-4-ин 47 (87%) и 3,4-секо-23,29-динорлуп-4,20-бисин 49 (76%) синтезировали аналогично действием РОС13 на оксотритерпеноиды 36 и 46 в пиридине. Обработка соединения 36 РС15 при кипячении в СНС13 привела к образованию 3,4-секо-23-норолеан-4-хлор-4-ена 48 (88%) (схема 10).

ЛсО

Структура соединений 42-45 и 47-49 установлена спектроскопией ЯМР, а для 42 подтверждена методом РСА (рис. 11)9.

Таким образом, взаимодействием продуктов озонолиза тритерпеноидов с хлоридами фосфора осуществлен синтез новых производных с терминальным алкиновым и винилхлоридным фрагментами. Осуществленные превращения отличаются простотой экспериментальной методики и отсутствием необходимости в использовании специальных катализаторов и реагентов.

8. Фармакологическая активность пероксидов аллобетулина и дезоксихолевон кислоты10

Цитотоксическая активность. Цитотоксические свойства исследовали в отношешш четырех линий опухолевых клеток человека (меланомы человека МеАУо11, эпидермалъного рака КВ12, аденокарциномы легкого SK.-L.U-112 и гепатоклеточного рака Нер0212).

Согласно полученным данным, среди соединений 5, 7, 23, 24 и 51, противоопухолевые свойства обнаружены только для (ЗЛ,5Д)-озонида 23, проявившего пограничную активность в отношении культур клеток меланомы человека и эпидермалъного рака со значениями ИК50 (Ме\Уо) = 45 мкг/мл и ИК50 (КВ) = 4.93 мкг/мл.

' За проведение ренггеноструктурного анализа соединения 42 автор благодарит д.х.н. А.Т. Губайдуллина (ИОФХ КНЦ РАН).

10 Исследования проводились в рамках проектов РФФИофнм № 11 -03-12144 и РФФИ №10-03-90303_Вьет_а.

Исследование проводилось в Российском Онколошческом Научном Центре им. H.H. Блохина РАМН.

Исследование проводилось в Институте химии Вьетнамской академии наук и технологий.

Антималярийная активность. В скрининг были включены синтезированные по описанным в литературе методикам 1,2,4,5-тетраоксаны 50-5213 и впервые полученные нами 1,2,4-триоксоланы 5, 7, 23, 24 и 1,2,4-диоксазолидин 20.

Рис. 12. 1,2,4,5-тетраоксаны 50, 51, 52 дезоксихолевой кислоты

Таблица 1.

Данные антималярийной активности in vitro соединений 5, 7, 20, 23, 24, 50, 51 и 52

в отношении штаммов P. falciparum Т9612, К112 и NF5414

Соединение Значение ИК50 (нг/мл)

Т96 К1 NF54

5 >10,000 >10,000 757

7 846 231 25

20 >10,000 >10,000 н/о1Ь

23 4713 4062 н/о

24 9793 4992 н/о

50 131 3 36

51 4121 7.6 н/о

52 4250 611 566

Хлорохин 8.28 28.5 4.8

Артесунат и/о н/о 1,7

ДМСО - - -

Антималярийную активность соединений 5, 7, 20, 23, 24, 50, 51 и 52 определяли в отношении трех штаммов малярийных паразитов P. falciparum: хлорохин-чувствительных (CQS) штаммов Т96 и NF54 и хлорохин-резистентного штамма (CQR) К1. Антималярийная активность выявлена у соединений 7, 50 и 51. Гем-диметил-1,2,4,5-тетраоксациклогексан 50 проявил ярко выражеш1ую активность в отношении CQR-штамма К1 (ИК50 3 нг/мл) P. falciparum и умеренную активность к CQS-штаммам Т96 (ИК50 131 нг/мл) и NF54 (ИК50 3 6 нг/мл).

13 Автор благодарит к.х.н. Ю.В. Легостаеву за помощь в проведении экспериментов по синтезу 1,2,4,5-тетраоксанов 50-52.

14 Исследование проводилось в Швейцарском Институте тропиков и общественного здоровья, н/о - определение не проводилось.

Имеются данные о сходстве фармакологических свойств родственных адамантановых производных 1,2,4-триоксоланов и 1,2,4,5-тетраоксанов. Сравнительный анализ антималярийной активности аналогичных по структуре 1,2,4-триоксоланов и 1,2,4,5-тетраоксанов стероидов ранее не проводился.

/ем-металтрифторметил-1,2,4,5-тетраоксациклогексан 51 показал лучший результат антималярийной активности в отношении CQR-штамма K1 P. falciparum (ИК50 7.6 нг/мл) в сравнении с его 1,2,4-триоксолановым аналогом 7. Однако соединение 7 оказалось активнее против CQS-штаммов NF54 (ИК50 25 нг/мл) и Т96 (ИК50 846 нг/мл).

О различном отношешга к CQS- и CQR-штаммам P. falciparum у аналогичных по структуре соединений двух классов циклических пероксидов в литературе не сообщалось. Стимулирующее антималярийную активность действие гам-метилтрифторметильного остатка в структуре природных перекисных соединений обнаружено впервые.

Таким образом, выделена новая группа соединений с антималярийной активностью — 1,2,4-триоксоланы холеных кислот, эффективность которых не уступает известным в литературе антималярийным агентам и используемым в лечебной практике лекарственным препаратам. Наиболее перспективным соединением является 5/?-холан-3-спиро-5'-(3'-метил-3'-трифторметил-1 ',2',4'-триоксоциклопентан) с ИК50 25 нг/мл в отношении штамма NF54 P. falciparum.

Рис. 1. Молекулярная структура соединения 7

Рис. 4. Молекулярная структура соединения 23

Рис. 2. Молекулярная структура соединения 18

Рис. 5. Молекулярная структура соединения 24

Рис. 3. Молекулярная структура соединения 20

Рис. 6. Молекулярная структура соединения 28

Рис. 7. Молекулярная структура соединения 37

Рис. 8. Молекулярная структура соединения 38

Рис. 9. Молекулярная структура соединения 39

Рис. 10. Молекулярная структура соединения 40

Рис. 11. Молекулярная структура соединения 42

Выводы

1. В результате совместного озонолиза 3-метоксиоксимов метиловых эфиров литохолевой и дезоксихолевой кислот с простыми кетонами (СР3С(0)Р11, СР3С(0)СН3 или циклогексанон) впервые осуществлен синтез дисшгро- и моноспиродизамещенных стероидных 1,2,4-триоксоланов с выходами 37-51%. При применении СР3С(0)РЬ, СР3С(0)СН3 в качестве кросс-кетонов целевые пероксиды получены в виде смеси четырех диастереомеров в соотношении 1:2:2:1.

2. Установлено, что в отличие от холевых кислот, озонолиз СЗ- и С20-метоксиоксимов на основе бетулина и аллобетулина в аналогичных условиях протекает с образованием продуктов альтернативных перегруппировок промежуточных 1,2- и 1,3-аддуктов озона — А'-мстоксилактамов и метил-29,30-биснорлупан-20-оата, что нехарактерно для классического соозонолиза по методу Грисбаума.

3. Показано, что 3,5-диметоксиокснм 3,5-секоаллобетулина стереоселективно окисляется озоном с образованием ранее неизвестных олеанановых аминопероксидов - мажорного 3,5-секо-35,55-диокси-3,5-А'-метоксиазо-18о'-олеанана (50%) и его 28-оксопроизводного (10%).

4. Низкотемпературным озонированием а-апоаллобетулина в СН2С12 при —40°С с последующим хроматографическим разделением получены устойчивые диастереомерные (ЗЯ,5Я)- и (35',55)-1,2,4-триоксоланы аллобетулина с выходами 57 и 9%, соответственно, структура которых установлена методом рентгеноструктурного анализа. Наблюдается снижение селективности окисления озоном а-апоаллобетулина при повышении температуры реакции до 0°С, сопровождающееся увеличением соотношения в пользу (35,55)-изомера.

5. Впервые осуществлен синтез тритерпеноидов с 1,2,4,5-тетраоксановым фрагментом, который заключается в пероксиконденсации оксотритерпеноидов с гем-бисгидропероксидом циклогексана в присутствии каталитического количества Н2304 (конц)- основании полученных данных составлен ряд эффективности катализаторов: Н2304-СН3СЫ (1:10) > НВР4 > Яе207.

6. Обнаружена новая группа соединений с антималярипной активностью — 1,2,4-триоксоланы холевых кислот, эффективность которых не уступает известным в литературе антималярийным агентам и используемым в лечебной практике

лекарственным препаратам. Наиболее перспективным соединением является 5/f-холан-3-стфо-5'-(3'-метил-3'-трифторметил-1%2\4'-триоксоциклопентан) с ИК50 25 нт/мл в отношении штамма NF54 P. falciparum.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Kazakova, О. В. Synthesis of terminal acetylenes using POCl3 in pyridine as applied to natural triterpenoids / O.B.Kazakova, N.I.Medvedeva, G.A.Tolstikov, O.S.Kukovinets, E.Yu.Yamansarov, L.V.Spirikhin, A.T.Gubaidullin // Mendeleev Commun. - 2010. - V. 20. - № 4. - P. 234-236.

2. Kazakova, О. B. Synthesis of triterpenoid-based 1,2,4-trioxolanes and 1,2,4-dioxazolidines by ozonolysis of allobetulin derivatives / O.B.Kazakova, D.V.Kazakov, E.Yu.Yamansarov, N.I.Medvedeva, G.A.Tolstikov, K.Yu.Suponitsky, D.E.Arkhipov // Tetrahedron Lett. - 2011. - V. 52. - № 9. - P. 976-979.

3. Казакова, О. Б. Аномальный озонолиз 0-метил-3/?,28-ди-О-ацетил-29-норлупан-20-кетоксима / О.Б.Казакова, Э.Ю.Ямансаров, О.С.Куковпнец, Н.И.Медведева, Д.В.Казаков, О.К.Корнилов, К.Ю.Супоницкий // Химия природ, соедин. - 2011. - Т. 47. - № 5. - С. 648-650.

4. Казакова, О. Б. Превращение тритерпеновых кетоксимов в лактамы под действием озона / О.Б.Казакова, Э.Ю.Ямансаров, О.С.Куковпнец, Н.И.Медведева // Химия природ, соедин - 2011. - Т. 47. - № 5. - С. 658-660.

5. Казакова, О. Б. Эффективный синтез и трансформации алкиновых производных бетулина / О.Б.Казакова, Э.Ю.Ямансаров, Л.В.Спирихин, М.С.Юнусов, И.П.Байкова, О.С.Куковпнец, Р.З.Мусин // Журнал орган, химии. - 2011. - Т. 47. - № З.-С. 459-462.

6. Казакова, О. Б. Синтез хлорвиниловых производных на основе бетулина / О.Б.Казакова, Н.И.Медведева, Э.Ю.Ямансаров, Л.В.Спирихин, Э.Ф.Хусиутдинова, О.С.Куковинец, Г.А.Толстиков // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. -Т. 19.-С. 373-376.

7. Ямансаров, Э. Ю. Первый синтез стероидных 1,2,4-триоксоланов / Э.Ю.Ямапсаров, О.Б.Казакова, Н.И.Медведева, Д.В.Казаков, О.С.Куковинец, Г.А.Толстиков // Журнал орган, химии. - 2014. - Т. 50. - № 7. - С. 1059-1062.

8. Казакова, О. Б. Синтез и цитотоксичность производных аллобетулина / О.Б.Казакова, И.Е.Смирнова, Э.Ф.Хуснутдинова, О.С.Жукова, Л.В.Фетисова, Г.Н.Апрышко, Н.И.Медведева, Э.Ю.Ямансаров, И.П.Банкова, Х.Тханх Тра Нгуен, До Тхи Тху // Биоорган. Химия. - 2014. - Т. 40. - № 5. - С. 608-617.

9. Ямансаров, Э. Ю. Синтез тритерпеноида с 1,2,4,5-тетраоксановым фрагментом / Э.Ю.Ямансаров, О.Б.Казакова, А.Н.Лобов, Д.В.Казаков, К.Ю.Супоницкий // Химия природ, соедин. -2015. — Т. 51. — № 1. — С. 97-102.

10. Ямансаров, Э. Ю. Эффективный синтез ацетиленовых производных бетулина / Э.Ю.Ямансаров, О.Б.Казакова, Н.И.Медведева, О.С.Куковинец // Материалы XII Молодежной школы-конференции по органической химии. - Суздаль, 2009.-С. 190-191.

11. Казакова, О. Б. Синтез тритерпеноидов с терминальной этинильной группой / О.Б.Казакова, Э.Ю.Ямансаров // Материалы Всероссийской молодежной конференции-школы «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлорганической химии XXI века». — Санкт-Петербург, 2010. — С. 188.

12. Ямансаров, Э. Ю. Первый синтез тритерпеновых 1,2,4-триоксоланов и 1,2,4-диоксазолндинов / Э.Ю.Ямансаров, О.Б.Казакова, О.С.Куковинец // Материалы XIII Молодежной школы-конференции «Актуальные проблемы органической химии». - Новосибирск, 2010. — С. 187.

13. Ямансаров, Э. Ю. Первый синтез стероидных 1,2,4-триоксоланов / Э.Ю.Ямансаров, О.К.Корнилов, Т.И.Назыров, О.Б.Казакова, О.С.Куковинец // Материалы XIII Молодежной школы-конференции «Актуальные проблемы органической химии». - Новосибирск, 2010. — С. 188.

14. Ямансаров, Э. Ю. 1,2,4,5-Тетраоксан на основе тритерпеноида урсанового типа / Э.Ю.Ямансаров, О.Б.Казакова, О.С.Куковинец, А.Н.Лобов // Материалы X Всероссийской конференции «Химия и медицина». — Уфа-Абзаково, 2015. — С. 242.

Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 25.08.2015 г. Бумага офсетная. Отпечатано методом ризографии. Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Уч.-изд.л.1,5. Тираж 200 экз. Заказ №173

Типография ГБОУ ВПО «Башгосмедуниверситет Минздрава РФ» 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3