Синтез гетероциклических аналогов подофиллотоксина тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Рожкова Елена Николаевна

СИНТЕЗ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ ПОДОФИЛЛОТОКСИНА

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени . кандидата химических наук

4855251

- 6 ОКТ 2011

Москва-2011

4855251

Работа выполнена в Российском государственном аграрном университете МСХА имени К.А. Тимирязева.

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Пржевальский Николай Михайлович

кандидат химических наук, доцент Магедов Игорь Владимирович

доктор химических наук, профессор Юровская Марина Абрамовна

доктор химических наук, профессор Граяик Владимир Григорьевич

Российский университет дружбы народов

Защита состоится 14 октября 2011 года в II00 ч. на заседании диссертационного совета Д 501.001.97 по химическим наукам при Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, МГУ, Химический факультет, аудитория 446.

Ведущая организация:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «л» сентября 2011 г.

Ученый секретарь, кандидат химических наук

/ /

Кардашева Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

Одной из важнейших задач органической химии является развитие методов направленного синтеза сложных органических молекул с целью получения физиологически активных веществ с избирательным действием.

Среди гетероциклических соединений особое место занимают азотсодержащие гетероциклы. Это связано с тем, что они играют огромную роль в функционировании важных природных биомолекул (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты), входят в состав многих лекарственных препаратов, пестицидов.

На кафедре органической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева основное направление исследований посвящено химии гетероциклических соединений. Работы связаны с приоритетным направлением развития науки в РФ и включают поиск новых методов синтеза веществ с потенциальной биологической активностью, необходимых сельскому хозяйству и медицине, изучение механизма реакций, проведение первичного биоскрининга полученных соединений. Данная работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Грант № 07-03-0057).*

Быстрая сборка молекулярно сложных систем является важной целью синтетической органической химии и одной из современных ключевых проблем поиска лекарственных препаратов. Перспективный путь решения этой проблемы состоит в развитии одностадийных мультикомпонентных реакций (МКР), в особенности для создания потенциально биологически активных соединений на основе гетероциклических систем. В последнее время в синтетической органической химии большое внимание уделяется получению аналогов известных природных соединений.

* Автор выражает благодарность руководителю грата И.В. Магедову за постоянную помощь в работе.

Подофиллотоксин - один из представителей антимитотических (обладающий способностью тормозить процесс клеточного деления) природных продуктов, полусинтетические производные подофиллотоксина (этопозид, тенипозид и др.) используются в клинике для противораковой химиотерапии и проявляют широкий спектр клинической активности в лечении различных видов опухолей. Интерес к таким соединениям обусловлен их биологической активностью и возможностью модификации их структур. Активно развиваются синтетические способы получения и модификации азаподофиллотоксинов и других гетероциклических аналогов подофиллотоксина.

Цель работы. Основная цель исследования заключалась в разработке методов синтеза новых гетероциклических аналогов подофиллотоксина с помощью мультикомпонентных одностадийных реакций. Задачей работы также являлось изучение физико-химических свойств впервые синтезированных соединений и их тестирование для выявления биологически активных веществ.

Научная новизна и практическая значимость:

1. Разработан новый удобный общий подход к синтезу разнообразных потенциально биологически активных гетероциклических аналогов подофиллотоксина. В качестве исходных веществ использованы доступные альдегиды, амины, циклические дикетоны, малононитрил.

2. Впервые показано, что мультикомпонентный синтез позволяет получать новые аналоги подофиллотоксина с хорошими выходами.

3. Установлено, что механизм мультикомпонентного синтеза включает 2 стадии: 1) взаимодействие альдегида с дикетоном или малононитрилом (реакция Кневенагеля); 2) циклизация интермедиата с третьим компонентом реакции с образованием гетероциклической конденсированной системы.

4. Получен ряд новых не известных ранее пиранопиридонов, дигидропиридопиразолов, дигидробензохроменов, тетрагидрофуропиридопиримидинов.

5. Обнаружена цитотоксическая активность у некоторых новых производных пиранопиридонов и дигидропиридопиразолов.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены на конференциях:

1. Международная конференция «Мультикомпонентные реакции» (Екатеринбург 2009).

2. Международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск 2009).

3. Международная научно-практическая конференция «М.В. Ломоносов. Врата в науку» (Волгоград, 2011).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях и 3 тезисах докладов международных конференций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 190 страницах, иллюстрирована 22 таблицами, 47 схемами и 13 рисунками, содержит два приложения (спектры ПМР и результаты тестирования по программе PASS). Библиография содержит 158 литературных ссылок.

В первой главе приведен литературный обзор, посвященный синтезу природного биологически активного соединения подофиллотоксина и его аналогов. Во второй главе обсуждается полученный экспериментальный материал. В последней главе приведены экспериментальные данные по методам синтеза соединений, включенных в диссертационную работу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Синтез исходных N-замещённых пиридонов для мультикомпонентных синтезов.

Новые N-замещённые 4-гидрокси-6-метилпиридиноны-2 (3-11) для дальнейших мультикомпонентных синтезов были получены из доступных реагентов: 4-гидрокси-6-метил-2#-пиран-2-она (1) (каталожный реактив) и первичных аминов (2a-i) (схема 1). Реакция легко протекает при нагревании компонентов в водно-спиртовом растворе.

Схема 1

2а R = Me 3 R = Me

2 Ъ R = 3,4-ди-ОМе-РЬ-С2Н4- 4 R = З^-ди-ОМе-РЬ-СЛ-

2с R = 3-Cl-Ph-CHj- 5 R = 3-Cl-Ph-CHr

2d R = 3,4-0-CH¡-0-Ph-CHr 6 R = 3,4-0-CH2-0-Ph-CH2-

2е R = 2-OMe-Ph-C2H4- 7 R = 2-OMe-Ph-CjH4-

2f R» 3-морфолинопропил- 8 R = 3-морфолинопропил-

2g R = 2-F-Ph-C2H4- 9 R = 2-F-Ph-C2Hr

2h R = 3-пирвдиншшетил- 10 R- 3-пиридинилметил-

2¡ R = 4-F-Ph-CH2- 11 R = 4-F-Ph-CH2-

Мы предполагаем следующий механизм реакции: вначале происходит размыкание пиронового кольца с присоединением амина и образованием интермедиата За-11а. После замещения гидроксигруппы аминогруппой возникает соединение ЗЬ-11Ь, затем кольцо снова замыкается, образуя пиридоновый цикл 3-11 (схема 2).

Схема 2

Структура Ы-замещенных пирвдонов, а также всех новых веществ, полученных в работе, доказана с помощью методов ПМР и подтверждена данными элементного анализа.

2. Синтез дигидропиридопиразолов

В этом разделе обсуждается мультикомпонентный синтез новых аналогов подофиллотоксина А (рис.1) - дигидропиридопиразолов (84-153).

Учитывая литературные данные по биологической активности подофиллотоксина А и ряда производных пиридина, а также результаты исследований структура - активность (ЗАЛз) этих соединений, мы предложили биоизостерическую замену циклов А и В в молекуле подофиллотоксина на пиразольный цикл, чтобы выйти к новым гетероциклическим аналогам - дигидропиридопиразолам 84-153 (схема 3). Предварительно биологическая активность замещённых пиридопиразолов и дигидропиридопиразолов была оценена теоретически с помощью программы

По разработанному нами методу в реакцию вступают 5(3)-амино-3(5)-метилпиразол 12, тетроновая кислота 13 и различные альдегиды 14-83 (схема 3). Реакцию проводят, нагревая эквимолярные количества компонентов в этаноле в присутствии триэтиламина в течение 1-3 часов (выход продуктов 20-92%). Выбор тетроновой кислоты [фурандион-2(ЗД),4(5#)] обусловлен тем, что она является структурным элементом ряда веществ, проявляющих широкий спектр биологической активности. Одностадийная реакция

PASS.

он

Рис.1 Подофиллотоксин

циклоконденсации во всех случаях приводит к образованию одного продукта - линейного трициклического соединения. Структура соединений 84-153 доказана методом ПМР и подтверждена данными элементного анализа.

Н3с.

:о + н—сн=о нм

14-83

Схема 3

14 84 3,4,5-три-МеО-РЬ- 49 119

15 85 3,4-ди-МеО-РЬ- 50 120 Я =

16 86 11 = 4-МеО-РЬ- 51 121 Я =

17 87 Я = 4-СР,-0-РЬ- 52 122 Я =

18 88 Я = 4-Ме-8-РЬ- 53 123 Я =

19 89 З-Р-РЬ- 54 124

20 90 11 = 3-С1-РЬ- 55 125 К =

21 91 3,4-диС1-РЬ- 56 126 Я =

22 92 З-Вг-РЬ- 57 127 Я =

23 93 11= 2-Вг-РЬ- 58 128 Я =

24 94 4-Вг-РЬ- 59 129

25 95 я= 3,5-диВг-4-ОН-РЬ- 60 130 Я =

26 96 11= 5-Вг-3-МеО-4-ЕЮ-РЬ- 61 131 Я =

27 97 4-АсО-5-Вг-3-МеО-РЬ- 62 132 Я =

28 98 я= З-ВМ-Е^Ы-РЬ- 63 133

29 99 я= РЬ- 64 134 Я =

30 100 2-М02-РЬ- 65 135 Я =

31 101 я= 4-0Н-3-Ме0-5-Ы02-РЬ- 66 136 Е =

32 102 Ме 67 137 Я =

33 103 я= 68 138 Я =

34 104 о 69 139 Я =

84-153

4-ЕЮ-РЬ-2-ОН-З-МеО-РЬ-б-Шг-ЬЗ-О-СНг-О-РЬ-4-РЬ-РЬ-

2,3-диС1-РЬ-

2-Р-6-С1-РЬ-2,6-диС1-РЬ-

2-С1-РЬ-4-С1-РЬ-2,4-диС1-РЬ-4-ОВг-РЬ-

3-ОВг-РЬ-

3-ОРЬ-РЬ-

4-ОВг-3-МеО-РЬ-4-ОН-РЬ-

3-ОН-РЬ-

4-ОН-3,5-ди-трет-Ви-РЬ-

4-СРз-Р11-

35 105 9

36 106 9

37 107 Я = о

38 108 Я =

39 109 X?

40 110 3-Вг-4,5-диМеО-РЬ-

41 111 я = 3-Вг-4-ОН-5-МеО-РЬ-

42 112 к= 2-ОН-5-Ме-РЬ-

43 113 л= 2-ОН-5-Вг-РЬ-

44 114 11= 2,4-диОН-Р11-

45 115 11= 2-СР3-РЬ-

46 116 2-ОН-РЬ-

47 117 4-Ме-РЬ-

48 118 11= 4-Е12Ы-РЬ-

70 140 4-Р-РЬ-

71 141 Ы.= 2-Р-РЬ-

72 142 Л = 3,4-диМе-РЬ-

73 143 Я = СО

74 144 Я = X 4-СООН-РЬ-

75 145 Я = 4-1-Рг-РЬ-

76 146 11 =

77 147 2-Н00С-СН2-0-РЬ-

78 148 2,3-диМеО-РЬ-

79 149 2,4-диМеО-Р11-

80 150 2,5-диМеО-РЬ-

81 151 4-ОН-З-МеО-РЬ-

82 152 к= З-ОН-4-МеО-РЬ-

83 153 я = -СООН

Мы предполагаем, что данная реакция протекает по следующему механизму: вначале образуется адцукт реакции Кнёвенагеля Б (схема 4).

ш^нс'

и

1 Я-СН—О

НО 13

/

н // I Л

„—¿н— мн'Нз I*—¿н—-"Л

//

МЕЦ

-¿н-с-Ч,

МН'ЕЦ ^СН~Т\0 Схема 4

V

сн-

но

Затем адцукт Б вступает в присоединение по Михаэлю с аминопиразолом 12 по двойной С=С связи и затем в реакцию

циклоконденсации по амино- и карбонильной группе с образованием продукта реакции 84-153 (схема 5).

Н3с.

Н3С.

// \\

О

N мн2 о-

н*

- Н,0

84-153

Схема 5

Полученные соединения 84-153 были протестированы на цитотоксичность на раковых клеточных линиях НеЬа, МСР 7-А2 и 1игка1.*

В таблице 1 показаны выходы некоторых пиридопиразолов и их цитотоксичность (приведены вещества, проявившие наибольшую активность).

Таблица 1. Цитотоксичность и выходы некоторых дигидропиридопиразолов

№ Я Выход, % % живых клеток

НеЬа \1CF7-AZ ,Гигка1

84 3,4,5-три-МеО-РЬ 80 50 ±2 58 ±4 47 ±2

86 4-МеО-РЬ 72 73 ±7 •82±3 94 ±4

' Автор выражает благодарность кафедре химии Института горного дела и технологии, штат Нью-Мексико, Сокорро, США (заведующий профессор А. Корниенко) за биологическое тестирование синтезированных в работе соединений.

88 4-Ме8-РЬ 79 45 ±2 95 ±4 87 ±4

90 3-С1-РЬ 78 43 ±4 54 ± 3 76 ±4

92 З-Вг-РЬ 76 51 ±3 63 ±4 68 ±3

93 2-Вг-РИ 58 57 ±4 100 ±3 90 ± 1

94 4-Вг-РЬ 83 62 ± 3 92 ± 2 90 ± 1

95 3,5-ди-Вг-4-ОН-РЬ 52 58 ± 7 60 ±4 58 ±3

96 3-Вг-4ЕЮ-5-МеО-РЬ 76 52 ±2 49 ±4 28 ±5

97 4-АсО-3-Вг-5-МеО-РИ 73 47 ±2 46 ±2 36±6

98 3-Вг-4-Ме3К-РЬ 75 55 ±3 59 ±3 34 ±15

104 <3 61 58 ±2 100 ±1 94 ±2

108 9 59 69 ±4 96 ±2 88 ±9

Как видно из таблицы, многие аналоги подофиллотоксина проявили высокую активность против раковых клеток, некоторые оказались более активны, чем используемый на данный момент в клинике препарат этопозид. Наиболее цитотоксичные соединения (92, 95-98) содержат бром в мета-положении в ароматическом кольце Е (см. рис.1). Интересно, что атом хлора или атом фтора (соединения 89 и 90) в мета-положении ароматического кольца снижают активность по сравнению с бромзамещёнными аналогами. Бром в орто- (93) или пара-положении (94) не даёт такого же эффекта, как в мета-положении. Гетероциклические аналоги 104-109 проявляют значительное снижение активности или вообще не активны.

Таким образом, показано, что с помощью МКР возможно получение в одну стадию биологически активных аналогов подофиллотоксина.

С целью расширить круг новых дигидропиридопиразолов мы ввели в трёхкомпонентный синтез различным образом замещенные аминопиразолы 154 - 160 (синтезированные ранее на кафедре органической химии МСХА). Оказалось, что при длительном нагревании (6-7 часов) образуются продукты дегидрирования - пиридопиразолы 161, 162 (схема 6), а стандартное нагревание в течение 1-2 час приводит к дигидропиридопиразолам 163-169 (в таблице 2 приведены выходы полученных соединений).

154 Я = Ме, Я1 = 1-Рг

155 Я = 4-Вг-РЬ, Я) = Н

156 Я = Я] =Ме

157Я = 4-Ш2-Р11, Я,=Н

158 Я = 4-Вг-РЬ, Я, =РЬ

159 Я = Ме, Я[ =РЬ

160 Я = Ме, Я] = 4-Ме-РЬ

163-169

Схема 6

Таблица 2. Выход пиридопиразолов и дигидропиридопиразолов

Пиразол Продукт

№ Аг Время нагревания Выход, %

« | . <ХХ/ —( Ьн,

154 161 4-ОН-З-МеО-РЬ- 7ч. 55

154 162 2,5-ди-МеО-РЬ- 6,5ч. 43

/Вл,

155 163 1,5ч. 47

156 164 2ч. 58

157 165 50мин. 61

154 166 1ч. 49

158 167 2ч. 58

159 168 1,5ч. 66

160 169 1ч. 61

Объёмные заместители в положении 3 молекулы пиразола затрудняют присоединение по Михаэлю, что приводит к снижению выхода продукта.

3. Синтез ¡Ч-метилдигидропирано[3,2-с]пнридонов

Структурная единица 2-пиридонов встречается в молекулах многих природных и синтетических соединений, проявляющих широкий спектр

биологической активности: например, это противоопухолевый антибиотик диазахиномицин А, ненуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы ВИЧ Ь-697,661, и ингибитор фосфодиэстеразы милринон (рис.2). Мы разработали мультикомпонентный синтез пиранопиридонов, используя пиридон 3, малононитрил 170 и альдегиды (14, 21, 22, 26-28, 40, 41, 75,155, 156), и получили библиотеку соединений 171-181 (схема 7).

Нагревание указанных компонентов в соотношении 1:1:1 в течение 1-2 часов в этаноле в присутствии триэтиламина гладко приводит к искомым пиранопиридонам 171-181 с высоким выходом (табл. 3). Мультикомпонентный синтез протекает в такой последовательности: сначала альдегид в реакции с малононитрилом образует аддукт Кнёвенагеля Е, затем интермедиат Е вступает в реакцию Михаэля с пиридоном 3 и возникает целевой продукт (схема 8).

Схема 8.

Для пополнения библиотеки пиранопиридонов, мы синтезировали ряд производных с различными заместителями при атоме азота 182-192 (табл. 3).

№ Продукт

п Я Аг Выход, %

182 1 2-С1-С6Н4 Р11 45

183 2 2-Р-С6Н4 РЬ 60

184 2 З-Р-ОД РИ 90

185 1 4-Р-С6Н4 РЬ 80

186 3 Имидалолил-1 РЬ 42

187 3 Морфолино РЬ 45

188 1 4-Р-С6Н4 З-Вг-4-Р-СбНз 58

189 1 4-F-C6H4 3-Br-4-Me:N-C6H3 76

190 1 4-F-C6H4 3-Вг-4,5-диМеО-С6Н2 85

191 1 4-F-C6H4 3-Br-4-OH-5-MeO-C6H2 48

192 1 4-F-C6H4 3-Br-4-MeC02-5-Me0-C6H2 96

Все полученные пиранопиридоны были протестированы с помощью программы PASS.

Библиотеку пиранопиридонов тестировали на антипролиферативную активность с использованием клеток линии HeLa как модели человеческой шейной аденокарциномы.

В таблице 4 показаны выходы и цитотоксичность наиболее активных соединений.

Таблица 4. Цитотоксичность и выход пирано-[3,2-с]-пиридонов

№ Аг Выход, % Антипролиферативная активность8

ICsoO)6 ICjo (2) IC5„(3)

171 3-Br-Me2N-Ph 83 0,3 0,3 0,4

172 3-Вг-4,5-ди-МеО-РЬ 87 0,75 0,5 0,5

173 3-Br-4-EtO-5-MeO-Ph 88 2 0,75 0,5

174 3-Br-4-OH-5-MeO-Ph 75 2 2 4

175 3-Br-4-OAc-5-MeO-Ph 83 4 2 4,5

176 3-Br-4-F-Ph 84 7 7 5

177 3-Br-Ph 97 7,5 7 5

178 3,4-OTCl-Ph 98 20 15 20

179 3,4,5-триМеО-РЬ 97 40 50 40

181 3-N02-Ph 97 20 25 60

Клетки линии НеЬа были обработаны соответствующими соединениями в течение 48 часов. Рассчитывалась доза, вызывающая 50%-ную табель клеток (таблица 4). Заслуживает внимания то, что все соединения, содержащие атом брома в третьем положении ароматического кольца в позиции С4 пиранопиридонового скелета (соединения 171-175) проявляют высокую активность против указанной клеточной линии.

• Концентрация соединений, необходимая, для гибели 50 % клеток НеЬа после 48 часов воздействия в 100 % ДМСО. ь Повторность.

Вещества 178-181, имеющие другие заместители, обнаружили значительное снижение активности или совершенно неактивны.

4. Синтез дигидро-4//-бензо[^]хроменов

Известно, что некоторые природные соединения, содержащие хиноновую и нафтохиноновую группу, являются биологически активными (например, витамины К] и Кз, природный противоопухолевый антибиотик лавендамицин). Мы предположили, что метод МКР можно использовать для синтеза дигидро-4//-бензо[£]хроменов - соединений, структурно аналогичных указанным выше.

Действительно, оказалось, что реакция между 2-гидроксинафтохиноном 193, малононитрилом 170 и различными ароматическими альдегидами приводит к бензохроменам 200-246 (схема 8).

и

200-246 0

Схема 8

Альдегид

23 224 11= 2-Вг-РЬ-

193

Альдегид 38 200

37 201

22 225 Я= З-Вг-РЬ-

74 202 Я= 4-НООС-РЬ-

59 203 2-С1-РИ

66 204 Я = 4-ОН-РЬ-

29 205 Л = РЬ-

73 206

24 226 4-Вг-РЬ-

70 227 Я= 4-Р-РЬ-19 228 Я= З-Р-РЬ-

71 229 11= 2-Р-РЬ-

57 230 Я= 2-Р-6-С1-РЬ

195 207 Я= 4-ШгРЬ-56 208 Я= З-Шг-РЬ-

58 231 Я= 2,6-диС1-РЬ-

55 232 2,3-диС1-РЬ-

61 233 Я= 2,4-диС1-РЬ-

18 234 Я= 4-Ме-8-РЬ-

21 235 Я= 3,4-диС1-РЬ-

77 209 Я= 2-Н00ССН30-РЬ-

47 210 4-Ме-РЬ-

75 211 4-|-Рг-РЬ

196 212 2,3-диМеО-РЬ-

67 213 Я= 3-ОН-РЬ-

72 236 Я= 3,4-диМе-РЬ-

52 237 Я= 4-РЬ-РЬ-

32 238 Ы = Ме

35 239 Я= /=\

15 214 11= 3,4-диМеО-РЬ-79 215 11 = 2,4-диМеО-РЬ-

9

197 216 Я= 2,6-диМеО-РЬ- 53 240 Я =

16 217 Я= 4-МеО-РЬ-

36 241 Я =

49 218 11= 4-ЕЮ-РЬ-62 219 Я= 4-ВгО-РЬ-

48 242 4-Е12Ы-РЬ-

199 243 Я =

н]с

64 220 4-РЬО-РЬ-

69 221 Я= 4-СР3-РЬ-198 222 Я = 2,4,5-триМеО-РЬ-

14 244 Я= 3,4,5-триМеО-РЬ-200 245 3-С1-РЬ

54 246

17 223 Я= 4-ОСРз-РЬ-

Продукты с хорошим выходом образуются в результате нагревания эквимолярных количеств исходных веществ в этаноле в присутствии триэтиламина в течение 1-2 часов.

Механизм реакции аналогичен описанным выше: на первой стадии протекает реакция Кнёвенагеля, на второй стадии интермедиат Р 2-(Я-метилен)малононитрил вступает в реакцию Михаэля с 2-гидроксинафтохиноном 193 и образуются бензохромены 200-246 (схема 9).

о

О 200-246

Схема 9

Таким образом, мы получили новую библиотеку соединений, содержащих важный медицинский скэффолд. Вещества 200-246 были протестированы с помощью программы PASS. Многие из них показали высокую потенциальную противораковую активность.

пиримидинонов

Хорошо известно, что вещества, содержащие пиримидиновый фрагмент, являются биологически активными. Ряд авторов предлагают серосодержащие пиримидиновые производные как возможные препараты против ВИЧ.

Мы осуществили синтез новых аналогов подофиллотоксина, содержащих тиометилпиримидиновый фрагмент с помощью МКР.

Трехкомпонентную реакцию 2-метилтиопиримидин-4,6-диамина 247 или 6-амино-2-метилтиопиримидин-4-ола 248 с тетроновой кислотой 13 и различными ароматическими альдегидами в соотношении 1:1:1 проводили путем нагревания компонентов в течение 2 часов в ледяной уксусной кислоте (схема 10). В результате реакции с хорошим выходом образуются фуропиридопиримидины 250-278 в качестве единственного продукта.

5.

Синтез 4-амино(гидрокси)-2-метилтиофуропиридо-

Аг

247 R = NH:

248 R = ОН

12

13

250-278

Схема 10

Альде Про Аг

гид дукт

14 250 3,4,5-триМеО-РЬ-

15 251 3,4-диМеО-РЬ-

16 252 4-MeO-Ph-

ОН 55 265 2,3-диС1-РЬ-NH2 57 266 2-F-6-Cl-Ph-NH2 58 267 2,6-диС1-РЬ-

R Альде Про Аг гид дукт

nh2

nh2 nh2

R

17 253 4-CF3-0-Ph- nh2 59 268 2-Cl-Ph- nh2

19 254 3-F-Ph- nh2 60 269 4-Cl-Ph- nh2

20 255 3-Cl-Ph- nh2 66 270 4-OH-Ph- nh2

21 256 3,4-диС1-РЬ- nh2 67 271 3-OH-Ph- nh2

23 257 2-Br-Ph- nh2 69 272 4-F3C-Ph- NHj

24 258 4-Br-Ph- nh2 70 273 4-F-Ph- nh2

25 259 3,5-ди-Вг-4-ОН-РЬ- nh2 71 274 2-F-Ph- NHj

27 260 4-OAc-5-Br-3-MeO-Ph- nh2 75 275 4-i- Pr-Ph nh2

29 261 Ph- nh2 78 276 2,3-диМеО-РЬ NHj

40 262 3-Вг-4,5-диМеО-РЬ- nh2 80 277 2,5-диМеО-РЬ NHj

47 263 4-Me-Ph- nh2 250 278 3,5-диВг-4-МеО-РЬ nh2

49 264 4-EtO-Ph- nh2

Мы предполагаем, что вначале параллельно протекают реакции Кнёвенагеля между пиримидином 247 или 248 и альдегидом и между тетроновой кислотой 13 и альдегидом. Затем аддукгы указанных взаимодействий (D и G) вступают в реакцию Михаэля с последующей циклизацией (схема 11).

Согласно прогнозу, полученному с помощью программы PASS, вещества 250-278 проявляют антиметастатическую активность.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод синтеза И-замещённых 4-гидрокси-6-метил-2(1#)-пиридинонов.

2. Исследована трёхкомпонентная реакция между тетроновой кислотой, различными альдегидами и 5-аминометилпиразолом в присутствии триэтиламина.

3. Предложен общий метод синтеза пирано[3,2-с]пиридонов из пиридинона, ароматических альдегидов и малононитрила.

4. Разработан новый трехкомпонентный одностадийный метод синтеза дигидро-4//-бензо[^]хроменов.

5. Методом МКР получены фуропиридопиримидины - новые аналоги подофиллотоксина.

6. Впервые с помощью мультикомпонентного синтеза получен ряд новых 4,5,8,9-тетрагидрофуро[3', 4', 5, б]пиридо[2, еГ|пиримидин-6(4а#)-онов.

7. Ряд дигидропиридопиразолов и пиранопиридонов обнаружил цитотоксическую активность на раковых клетках НеЬа, МСР 7-А2 и 1игка1.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Igor V. Magedov, Madhuri Manpadi, Elena Rozhkova, Nikolay M. Przheval'skii, Snezna Rogelj, Scott T. Shors, Wim F.A. Steelant, Severine Van slambrouck and Alexander Kornienko. Structural simplification of bioactive natural products with multicomponent synthesis: Dihydropyridopyrazole analogues of podophyllotoxin. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2007.17. P. 1381- 1385.

2. Magedov I.V., Manpadi M., Evdokimov N.M., Elias E.M., Rozhkova E., Ogasawara M.A., Bettale J.D., Przheval'skii N.M., Rogelj S., Kornienko A. Antiproliferative and apoptosis inducing properties of pyrano[3,2-c]pyridones accessible by a one-step multicomponent synthesis. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2007.17. P. 3872-3876.

3. Magedov I.V., Manpadi M., Van Slambrouck S., Steelant W.F.A., Rozhkova E., Przheval'skii N.M., Rogelj S., Kornienko A. Discovery and Investigation of antiproliferative and apoptosis-inducing properties of new heterocyclic podophyllotoxin analogues accessible by a one-step multicomponent synthesis. // J. Med. Chem. 2007.50. P. 5183-5192.

4. Nikolay M. Przheval'skii, Elena N. Rozhkova, Gennadii P. Tokmakov, Igor V. Magedov. New pyrido[3,2-c]pyrazoles accessible by one-step multi-component synthesis. // Proceedings of the 4th international conference on multi-component reactions and related chemistry, Ekaterinburg. 2009. P. 52 -53.

5. Пржевальский H.M., Рожкова E.H.. Синтез N-производных 4-гидрокси-6-метилпиридинона-2. // Доклады ТСХА, М.: 2009. вып. 281. С. 114119.

6. Пржевальский Н.М., Рожкова Е.Н., Ерыганов К.В. Трёхкомпонентный синтез конденсированных гетероциклических систем с потенциальной биологической активностью: сб. науч. и методич. ст. / Международная

научно-практическая конференция «M.B. Ломоносов. Врата в науку», Волгоград.: 2011. С. 31-34.

7. Рожкова E.H., Углинский П.Ю., Токмаков Г.П., Магедов И.В. Мультикомпонентный синтез новых производных подофиллотоксина с антиканцерогенными свойствами: сб. тезисов доклодов / 1-ая Международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Кисловодск.: 2009. С. 144-145.

8. Токмаков Г.П., Пржевальский Н.М., Рожкова E.H., Нам Н.Л. Мультикомпонентный синтез новых производных пирано[3,2-фиридина. // Известия ТСХА. 2009. Вып. 2. С. 169 - 175.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'Лб. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 429.

Издательство РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

Сокращения, используемые в тексте.

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Подофиллотоксин и его аналоги: синтез, биологическая активность.

2.1. Стереохимические особенности молекулы подофиллотоксина.

2.2. Биологическая активность аналогов подофиллотоксина.

2.3. Синтез подофиллотоксина и его стереоизомеров.

2.3.1. Оксоэфирное направление.

2.3.2. Направление дигидрокси-кислоты.

2.3.3. Направление «последовательного сопряженного присоединения»

2.3.4. Использование реакции Дильса-Альдера.

2.4. Синтез аналогов подофиллотоксина.

2.4.1. Модификация кольца А.

2.4.2. Модификация кольца В.

2.4.3. Модификация кольца С.

2.4.3. Модификация кольца Б.

2.4.4 . Модификация кольца Е.

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1. Синтез исходных Ы-замещённых пиридонов для мультикомпонентных синтезов.

3.2. Одностадийные мультикомпонентные синтезы аналогов подофиллотоксина.

3.2.1. Синтез дигидропиридопиразолов.

3.2.2. Синтез пиридопиразолов с различными заместителями в положении 1иЗ.

3.2.3. Синтез Ы-метилдигидропирано[3,2-с]пиридонов.

3.2.4. Синтез 1чГ-замещенных дигидропирано[3,2-с]пиридонов.

3.2.5. Синтез дигидро-4//-бензо[^]хроменов.

3.2.6. Синтез 4-амино(гидрокси)-2-(метилтио)-фуропири допиримидинонов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ВЫВОДЫ.

Примечания.

Актуальность проблемы

Одной из важнейших задач органической химии является развитие методов направленного синтеза сложных органических молекул с целью получения физиологически активных веществ с избирательным действием.

Среди гетероциклических соединений основное место занимают азотсодержащие гетероциклы. Это связано с тем, что они играют огромную роль в функционировании важных природных биомолекул (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты), входят в состав многих лекарственных препаратов; пестицидов.

На кафедре органической химии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева основное направление исследований посвящено химии гетероциклических соединений; Работы связаны с приоритетным направлением развития науки в РФ и включают поиск новых методов синтеза; вещества с потенциальной биологической активностью; необходимых сельскому хозяйству и медицине, изучение механизма, реакций, проведение первичного биоскрининга полученных соединений [1]. Данная: работа выполнена^ при- поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Грант № 07-03-0057).*

Быстрая сборка молекулярно сложных систем является важной целью синтетической органической , химии и одной из современных ключевых проблем поиска лекарственных препаратов. Перспективный путь-решения этой проблемы состоит в развитии: одностадийных мультикомпонентных реакций (МКР) [2], в особенности для создания потенциально биологически активных соединений на основе гетероциклических систем.

В последнее время в синтетической органической химии большое внимание уделяется получению аналогов известных природных соединений. Автор выражает благодарность руководителю гранта И.В. Магедову за постоянную помощь в работе.

Подофиллотоксин - один из представителей антимитотических1 природных продуктов, полусинтетические производные подофиллотоксина (этопозид, тенипозид и др.) используются в клинике для противораковой химиотерапии и проявляют широкий спектр клинической активности в лечении различных видов опухолей [3-8]: Интерес к таким структурам обусловлен их биологической активностью и возможностью модификации их структур. Активно развиваются синтетические способы получения и модификации азаподофиллотоксинов и других гетероциклических аналогов подофиллотоксина. [9]

Цель работы

Основная цель исследования заключалась в разработке методов синтеза новых гетероциклических аналогов подофиллотоксина с помощью мультикомпонентных одностадийных реакций. Задачей работы также являлось изучение физико-химических свойств впервые синтезированных соединений и их тестирование для выявления биологически активных веществ.

Научная новизна и практическая значимость

Разработан новый удобный общий подход к синтезу разнообразных потенциально биологически активных гетероциклических аналогов подофиллотоксина. В качестве исходных веществ использованы доступные альдегиды, амины, циклические дикетоны, малононитрил.

Впервые показано, что мультикомпонентный синтез позволяет получать аналоги подофиллотоксина с хорошими выходами.

Установлено, что механизм мультикомпонентного синтеза включает 2 стадии: 1) взаимодействие альдегида с дикетоном или малононитрилом; 2)

1 Здесь и далее расшифровка некоторых терминов дана в примечаниях, стр. 142 циклизация интермедиата с третьим компонентом реакции с образованием гетероциклической конденсированной системы.

Получен ряд неизвестных ранее пиранопиридонов, дигидропиразолов, дигидробензохроменов, тетрагидрофуропиридопиримидинов.

Обнаружена цитотоксическая активность у некоторых новых производных пиранопиридонов и дигидропиридопиразолов

Публикации и апробация работы

Результаты диссертационного исследования были представлены на международных конференциях: международной конференции «Мультикомпонентные реакции» (Екатеринбург 2009), международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск 2009), международная научно-практическая конференция «М.В. Ломоносов. Врата в науку» (Волгоград, 2011).

Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях и 3 тезисах докладов международных конференций

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Подофиллотоксин и его аналоги: синтез, биологическая активность

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод синтеза И-замещённых 4-гидрокси-6-метил-2(1//)-пиридинонов.

2. Исследована трёхкомпонентная реакция между тетроновой кислотой, различными альдегидами и 5-аминометилпиразолом в присутствии триэтиламина.

3. Предложен общий метод синтеза пирано[3,2-с]пиридонов из пиридинона, ароматических альдегидов и малононитрила.

4. Разработан новый трехкомпонентный одностадийный метод синтеза дигидро-4Я-бензо^]хроменов.

5. Методом МКР получены фуропиридопиримидины - новые аналоги подофиллотоксина.

6. Впервые с помощью мультикомпонентного синтеза получен ряд новых 4,5,8,9-тетрагидрофуро[3', 4', 5, 6]пиридо[2, а?]пиримидин-6(4а/7)-онов.

7. Ряд дигидропиридопиразолов и пиранопиридонов обнаружил цитотоксическую активность на раковых клетках НеЬа, МСБ 1-КЪ и 1игка1.

1. Пржевальский Н.М. Научная школа органической химии в Петровской земледельческой и лесной академии — РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева. // Доклады ТСХА. 2006. 278. С. 566-584.

2. Ugi I., Heck S. The multicomponent reactions and their libraries for natural and preparative chemistry. // Comb. Chem. High Throughput Screening 2001.4. P. 1-34.

3. Bishop J.F., Lowenthal R.M., Jushua D., Matthews J.P., Todd D., Cobcroft R., et al. Etoposide in acute nonlymphocytic leukemia. // Australian Leukemia Study Group. Blood 1990. 75. P. 27-32.

4. Rivera G., Bowman W.P., Murphy S.B., Dahl G.V., Aur R.J., Kalwinsky D.K., et al. VM-26 with prednisone for treatment of refractory acute lymphocytic leukemia. //Med. Pediatr. Oncol. 1982. 10. P. 439-445.

5. Bosl G.J., Geller N.L., Bajorin, D.A. randomized trial of etoposide + cisplatin versus vinblastine + bleomycin + cisplatin + cyclophosphamide + dactinomycin in patients with good prognosis germ tumors. // J. Clin. Oncol. 1988. 6. P. 1231-1236.

6. Jonson D.H. Management of small cell lung cancer: current state of the art.// Chest. 1999. 116 (Suppl.3). P. 525-530.

7. Sparano J.A., Wearne P.H., Leaf A., Dutcher J.P. Infusional cyclophospamide, doxorubicin, and etoposide for a schedule-dependent effect favoring infusional administration of chemotherapy. // J. Clin. Oncol. 1993. 11. P. 1071-1079.

8. Salles G., Shipp M.A., Coiffer B. Chemotherapy of non-Hodgkin aggressive lymhpomas. // Sem. Oncol. 1994. 31. P. 46-54.

9. Kaplan I.W. Condylomata acuminate. // New Orleans Med Surg J. 1942. 94. P. 388-395.

10. Podwyssotzki V. On the active constituent of podophillin. // Pharm. J. Trans.1881. 12. P. 217-218.

11. Podwyssotzki V. On the active constituent of podophillin. // Am. J. Pharm.1882. 12. P. 102-115.

12. Borshe W., Niemann J. Podophyllin. Justus Liebigs // Ann. Chem. 1932. 494. P. 126-142.

13. Schecker A.W., Hartwell J.L. Component of podophyllin. XX. The absolute configuration of podophyllotoxin and related lignans. // J. Org. Chem. 1985. 21. P. 381-382.

14. Gensler W.J., Gatsonis C.D. Synthesis of podophyllotoxin. // J. Am. Chem. Soc. 1962. 84. P. 1748-1749.

15. Gensler W.J., Gatsonis C.D. Synthesis of podophyllotoxin. // J. Am. Chem. Soc. 1966. 31. P. 4004-4008.

16. Sackett D.L. Podophyllotoxin, steganacin and combretastatin: natural products that bind at the site of tubulin. // Pharmacol. Ther. 1993. 59. P. 163228.

17. Youngjae Y. Podophyllotoxin derivatives: current synthetic Approaches for

18. New Anticancer Agents. // Cur. Pharm. Des. 2005. 11. P. 1695-1717. 23.Stähelin H., von Warburg A. From podophyllotoxin glycoside to etoposide.// Prog. Drug. Res. 1989. 33. P. 169-267. j

19. Leteurtre F., Madalengoitia J., Orr A., Guzi T.J., Lehnert E., Macdonald T., et al. Rational design and molecular effects of a new topoisomerase II inhibitor, azatoxin. // Canser Res. 1992. 52. P. 4478-4483.

20. Utsugi N., Shibata J., Sugimoto Y., Aoyagi K., Werzba K., Kobunai T., et al. Antitumor activity of novel podophyllotoxin. derivative (TOP-53) against lung cancer and lung metastatic cancer. // Cancer Res. 1996. 56. P. 28092814.

21. Lee C.C., Huang T.S. A novel topoisomerase II poison GL331t preferentialy induces DNA cleavage at (C/G)T sites and can cause telomere DNA damage. II Pharm. Res. 2001. 18. P. 846-851. j

22. Huang T.S., Lee C.C., Chao Y., Shu C.H., Chen L.T., Chen L.L., et al. A novel podophyllotoxin-derived compound GL331 is more potent than its congener VP-16 in killing refractory cancer cells. // Pharm. Res. 1999. 16. P. 997-1002.

23. Cline S.D., Macdonald T.C., Osheroff N. Azatoxin is mechanistic hybrid of the topoisomerase II-target anticancer drugs etoposide and ellipticine. // Biochemistry. 1997. 36. P. 13095-13101.

24. Solary E., Leteurte F., Paull K.D., Scudiero D., Hamel E., Pommier Y. Dual inhibition of topoisomerase II and tubuline polymerization by azatoxin, a novel cytotoxic agent. // Biochem. Pharmacol. 1993. 45. P. 2449-2456.

25. Yoshida M., Kobunai T., Aoyagi K., Saito H., Utsugi T., Wierzba K., et al. Specific distribution of TOP-53 to the lung and lung-localized tumor is determined by its interaction with phospholipids. // Clin. Canser Res. 2000. 6. P. 4396-43401.

26. Byl J.A., Cline S.D., Utsugi T., Kobunai T., Yamada Y., Osheroff N. DNA topoisomerase II as the target for the anticancer drug TOP-53: mechanistic basis for drug action. // Biochemistry. 2001. 40. P. 712-718.

27. Ward R.S. The synthesis of lignans and neolignans. // Chem. Soc. Rev. 1982. 11. P. 75-125.

28. Ayres D.C., Loike J.D. Lignans. / Cambridge University Press, 1990. Chapter 3 and 4.

29. Gensler W.J., Gatsonis CD. The podophyllotoxin-picropodophyllin equilibrium. //J. Org. Chem. 1966. 31. P. 3224-3227.

30. Kende A.S., King M.L., Curran D.P. Total synthesis of (±)-4'-demethyl-4-epipodophyllotoxin by insertion cyclization. // J. Org. Chem. 1981. 46. P. 2826-2828.

31. Peterson J.R., Do H.D., Rogers R.D. Anticancer agent development; 61. Applicatio of the heterocyclic annulations-rearrangement strategy in the synthesis of a podophyllotoxin precursor. // Synthesis. 1991. P. 275-277.

32. Vayas D.M., Skonezny P.M., Jenkins T.A., Doyle T.W. Total synthesis of (±)-epipodophyllotoxin via A(3+2)-cycloaddinion starege. // Tetrahedron Lett. 1986. 27. P. 3099-3102.

33. Koneko T., Wong H. Total synthesis of (±)-podophyllotoxin. // Tetrahedron Lett. 1987. 28. P. 517-520.

34. Jones D.W., Tompson A.M. Synthesis of podophyllotoxin. // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1989. P. 1370-1371.

35. Macdonald D.I., Durst T.J. A highly stereoselective synthesis of (±)-podophyllotoxin. //J. Org. Chem. 1986. 51. P. 4749-4750.

36. Van der Eycken J., de Clercq P., Vandewalle M. Total synthesis of podophyllum lignans: an explaratory stud. // Tetrahedron, 1986; 42: 42854295.

37. Zeigler F.E., Schwarz J.A. Synthetic studies on lignan lactones aryl pithiane route to (±)-podozhizol and (±)-isopodophyllotoxone and approaches to the stegane skeleton. // J. Org. Chem. 1978. 43. P. 985-991.

38. Gonzalez A.G., Perez J.P., Trujillo J.M. Synthesis of two arylnaphtalene lignans. // Tetrahedron. 1978. 34. P. 1011-1013.

39. Pelter A., Ward R.S., Pritchard M.C., Kay I.T. A short versatile synthesis of aryltetralin lignans including deoxyisopodophyllotoxin and epi-isopodophyllotoxin. //J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1988. P. 1603-1615.

40. Pelter A., Ward R.S., Jones M.D., Maddocks P. Asymmetric syntheses of lignans of the dibenzylbutyrolactone, dibenzylbutanediol, aryltetraun and dibenzocyclooctadiene series. // Tetrahedron: Asymmetry. 1992. Vol. 3, Issue 2. P. 239-242