Синтез и биологические свойства конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами

Ильинова, Анна Александровна

Синтез и биологические свойства конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

Ильинова, Анна Александровна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Синтез и биологические свойства конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами»

Автореферат диссертации на тему "Синтез и биологические свойства конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами"

На правах рукописи

Ильинова Анна Александровна

СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНЪЮГАТОВ ПОЛИЭДРИЧЕСКИХ ГИДРИДОВ БОРА С НУКЛЕОЗИДАМИ

02.00.10 - Биоорганическая химия 02.00.08 — Химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

15 МАП 2С11

МОСКВА-2014

005547806

Работа выполнена на кафедре химии и технологии биологически активных соединений имени Н. А. Преображенского ФГБОУ ВПО Московского государственного университета тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова и в лаборатории алюминий- и борорганических соединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова Российской Академии Наук).

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор МИРОНОВ Андрей Фёдорович

(Московский государственный университет тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова, г. Москва)

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

СЕМИОШКИН Андрей Анатольевич (Институт элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН, г. Москва)

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник кафедры органической химии ВАЦАДЗЕ Сергей Зурабович

(Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет)

кандидат химических наук, старший научный сотрудник, руководитель группы синтеза природных соединений ЯМПОЛЬСКИИ Илья Викторович

(Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова Российской Академии Наук)

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской Академии Наук

Защита состоится 23 июня 2014 г. в 15.00 на заседании Диссертационного Совета Д 212.120.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова» по адресу: 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 86, аудитория М-119.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова» и на интернет-сайте МИТХТ имени М. В. Ломоносова http://www.mitht.ru.

С авторефератом можно ознакомиться на интернет-сайтах ВАК РФ: http://vak.ed.gov.ru и МИТХТ имени М. В. Ломоносова http://www.mitht.ru.

Автореферат разослан 23 апреля 2014 года. Ученый секретарь Диссертационного Совета Д 212.120.01,

к.х.н., с.н.с Лютик А.И.

Актуальность проблемы. В настоящее время распространенность вирусных и онкологических заболеваний требует создания новых эффективных препаратов для лечения этих болезней. Среди них важную роль играют производные и аналоги нуклеозидов. В частности, большой интерес представляют лекарственные препараты на основе модифицированных нуклеозидов, поскольку этот класс соединений обладает широким спектром биологической активности, а именно противоопухолевой, антивирусной (гепатит С, герпес, грипп и др.), иммуносупрессорной (рассеянный склероз, трансплантация костного мозга). На основе модифицированных нуклеозидов создан ряд эффективных препаратов для лечения подобных заболеваний.

Весьма перспективными в этом отношении представляются борсодержащие нуклеозиды. Проявление биологической активности открывает путь использования их в качестве антивирусных препаратов. Мишенями их действия могут выступать ферменты: ДНК- и РНК-полимеразы, синтазы, киназы и другие молекулы, участвующие в метаболизме нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Таким образом, очевидна крайняя необходимость создания лекарственных препаратов на основе борсодержащих нуклеозидов для широкого применения их в практической медицине в качестве антивирусных и противоопухолевых препаратов.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка эффективных подходов к синтезу новых конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами для потенциального использования их в качестве антивирусных и противоопухолевых препаратов.

Научная новизна. Разработаны эффективные подходы к синтезу новых конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с различными нуклеозидами.

"Rong F.G., Soloway A.H., Ikeda S., Ives D.H. Synthesis and biochemical activity of hydrophilic carborane-containing pyrimidine nucleosides as potential agents for DNA incorporation and BNCT // Nucleosides & Nucleotides. -1997. - V.16. - P. 379.

Представлен универсальный подход к синтезу конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с аденозином и 2'-дезоксиаденозином. Получены новые пуриновые нуклеозиды, модифицированные сильным нуклеофильным центром в боковой цепи (КМег-группой) по восьмому положению. Показано, что они раскрывают оксониевые циклы клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с образованием соответствующих конъюгатов в виде четвертичных аммониевых солей. В этих соединениях борный кластер присоединяется к нуклеозиду через диметиламиногруппу пуринового основания, то есть не затрагиваются группы, ответственные за образование водородных связей в спиралях ДНК и РНК. Таким образом, нами продемонстрирована универсальность используемого подхода к синтезу ряда конъюгатов полиэдрических гидридов бора с 2'-дезоксиаденозином/аденозином, при этом предложенный метод может быть использован для создания библиотеки подобных соединений, в которых гидроксильные группы углеводного остатка остаются свободными.

Разработаны два подхода к синтезу производных полиэдрических гидридов бора с 5-этинил-2'-дезоксиуридином. Синтезирован модифицированный 5-этинил-2'-дезоксиуридин с ЫМег-группой в боковой цепи и изучено его взаимодействие с циклическими оксониевыми производными клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта. Реакцией нуклеофильного замещения получена серия новых цвиттер-нотшх конъюгатов на основе борных кластеров с 5-этинил-2'-дезоксиуридином. Впервые проведена реакция кросс-сочетания по Соногашире терминальных алкинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-йод-2'-дезоксиуридином, что открывает простой двухстадийный путь к синтезу новых анионных этинил-2'-дезоксиуридинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта.

Изучена реакция внутримолекулярной циклизации борсодержащих 5-этинил-2'-дезоксиуридинов и получены изомерные им фурано[2,3-(¿]пиримидиновые формы. Взаимодействие последних с аммиаком позволило заместить атом кислорода в седьмом положении бициклического производного на ИН-группу с образованием неизвестных ранее конъюгатов пирроло[2,3-¿/]пиримидиновых-2(ЗН) нуклеозидов с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом.

Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут найти практическое применение. Синтезированные борсодержащие нуклеозиды были протестированы на цитотоксичность и антивирусную активность. Показано, что конъюгаты клозо-додекабората с 2'-дезоксиаденозином/аденозином не цитотоксичны. Следует отметить, что цвиттер-ионные производные 5-этинил-2'-дезоксиуридина с клозо-додекаборатом характеризуются более низкой токсичностью, чем ранее описанные конъюгаты тимидина с бис( 1,2-дикарболлид)кобальтом, модифицированные по Ы3- и Соположениям. В связи с этим целесообразно проведение дальнейших биологических испытаниях на предмет включения в ДНК и селективного накопления в раковых опухолях полученных конъюгатов в качестве потенциальных агентов для БНЗТ.

Тесты на антивирусную активность показали, что полученные анионные соединения клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиуридином оказывают воздействие на тестируемые вирусы. Из них наиболее интересными являются два конъюгата на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта с фуранопиримидином и этинилдезоксиуридином, у которых антивирусная активность сочетается с достаточно низкой цитотоксичностью по отношению к тестируемым клеточным линиям.

Личное участие автора являлось основополагающим на всех этапах работы и состояло в постановке цели исследования, разработке экспериментальных и теоретических подходов при выполнении экспериментов и обобщении полученных результатов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на XIV Международной конференции по химии бора 1МЕВ(Ж(Ж (Ниагара Фоле, Канада, 2011), XIV Международном конгрессе по нейтронозахватной терапии рака ШСТ-15 (Цукуба, Япония, 2012), XV Международной конференции по гетероциклам в биоорганической химии (Рига, Латвия, 2013), XX Европейской конференции по элементоорганической химии ЕиСИеМЗ (Сант-Андрюс, Шотландия, 2013), V молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2013» (Москва, Россия, 2013).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ (в том числе 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, и 7 тезисов в сборниках докладов научных конференций).

Гранты и программы. Диссертационное исследование выполнено при финансовой поддержке Президиума Российской академии наук (Программа П-8); Российского Фонда Фундаментальных Исследований (Гранты № 09-03-00504, 1103-00746 и 12-03-31146); Фонда развития малых предприятий в научно-технической сфере «УМНИК» №0002237.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 108 источников. Работа изложена на 152 страницах, содержит 86 схем, 10 рисунков и 4 таблицы.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В литературном обзоре рассмотрены подходы к синтезу борсодержащих нуклеозидов, модифицированных одним атомом бора (комплексы с ВНз, эфиры бороновой кислоты, борные кислоты), а также нуклеозидов на основе карборанов (о-, м-, и и- карбораны), металлакарборанов (бис(1,2-дикарболлид)кобальта и железа) и клозо-додекабората.

Обсуждение результатов

Наличие лишь одного атома бора в бороновых кислотах ограничивает их использование для БНЗТ рака, а высокая гидрофобность карборанов приводит к низкой растворимости конъюгатов в воде, что затрудняет проведение биологических испытаний и сильно усложняет их применение в качестве БНЗТ агентов. Таким образом, возникает необходимость в синтезе нуклеозидных производных, несущих гидрофильный борный фрагмент и содержащих большое количество атомов бора в своей структуре. Весьма перспективными среди таких борных полиэдров являются анионные оозо-додекаборат(2-) и бис(1,2-дикарболлид)кобальта(-) (рисунок 1). В настоящей работе представлены подходы к синтезу этих борных кластеров с нуклеозидами, в которых не затрагиваются биологически важные группы.

з^Е

о=в, вн •=сн

Рисунок 1. /&гозо-додекаборат(2-) и бис(1,2-дикарболлид)кобальта(-)

1. Синтез конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с аденозином и 2'дезоксиаденозином

Среди канонических нуклеозидов производные аденозина и 2'-дезоксиаденозина представляют особый интерес, так как они принимают участие во многих физиологических процессах и входят в состав некоторых ферментов, АТФ (осуществляет захват и передачу энергии клеткам) и нуклеиновых кислот. Аденозин (рисунок 2) - эндогенный пуриновый нуклеозид, выполняющий межклеточную передачу сигналов, которые обеспечивают гомеостатическое восстановление клеток в процессе клеточного стресса и повреждения. Благодаря этой функции аденозин является сильным противовоспалительным агентом, заживлению ран и регенерации тканей.

НО

он он

Рисунок 2. Аденозин (Ас1о)

способствует быстрому

В связи с этим мы разработали подход к синтезу конъюгатов 2'-дезоксиаденозина/аденозина с югозо-додекаборатом и бис(1,2-дикарболлид)кобальтом. К началу настоящей работы имелись лишь единичные примеры подобных производных, в которых борный кластер был присоединен к нуклеозиду либо через 6-э^зо-ЫН2-группу аденина, которая участвует в образовании двойной спирали ДНК, либо через ОН-группу, участвующую в процессе фосфорилирования. В отличие от этого нами предложен иной подход, в котором борная компонента присоединяется к нуклеозиду, не затрагивая эти биологически важные группировки. Для этого обработкой 8-бром-2'-дезоксиаденозина/аденозина 1а,б М,1Ч-диметилэтилендиамином и 14,Ы-диметилпропилендиамином мы ввели в положение 8 соответствующего пуринового основания группу с сильным нуклеофильным центром в боковой цепи (1Ч(Ме)2) 2а,б и За (схема 1).

ин2 ын2

нот^ м ---"

ОН X ОН X

1а,Х=Н 2а, Х=Н (47%)

1б,Х=ОН 26, Х=ОН (76%)

МН2 ЫН2 --- м

>—/

ОН X ОН X

1а,Х=Н За, Х=Н (70%)

Схема 1

Далее за счет нуклеофильного раскрытия циклических оксониевых производных бис(1,2-дикарболлид)кобальта 4 и клозо-додекабората 5, 6 диметиламиногруппой модифицированных нуклеозидов 2а и За мы впервые получили новые конъюгаты 7-12 в виде четвертичных аммонийных солей, в которых биологически важная б-экзо-МНг-группа является свободной. Соединения 10-12 являются первыми конъюгатами клозо-додекаборатного аниона с 2'-дезоксиаденозином (схема 2).

ын2

1 2а: п=1

1- он За: п=2

2. СвР/СНзОН

[6]ЫВи4

2а: п=1 1- За: п=2

2. СвР/СНзОН

7: п=1 (56%) 8: п=2 (60%)

/ \ " но

он

[9]Сб: п=1 (88%)

[10]Сз: п=2 (76%)

он

[11]Сз:п=1 (37%)

[12]Св:п=2 (65%)

Схема 2

Преимуществом предложенного метода является отсутствие необходимости вводить защитные группы по остатку дезоксирибозы. Это особенно важно для конъюгатов бис(1,2-дикарболлид)кобальта, удаление в которых блокирующих групп часто является весьма сложной задачей. Данный подход эффективен и для получения конъюгатов клозо-додекабората, поскольку сокращает на две стадии схему синтеза. Так, с помощью этого универсального метода можно получать в большом количестве целевые производные для создания библиотек подобных соединений, варьируя строение борного полиэдра и длину связывающего звена.

Однако, в случае синтеза конъюгатов с аденозином из-за плохой растворимости производного 26 не удалось избежать введения защитных групп в сахарный остаток. Чтобы добиться растворимости в органических растворителях и предотвратить разложение соединения 26, мы защитили ОН-группы рибозы в бромпроизводном 16 диметил-тярет-бутилхлорсиланом и по уже предложенной

ранее схеме получили 8-(2-диметиламиноэтил)амино-(2',3',5'-трис(диметил-тре/и-бутилсилил)-аденозин 13 (схема 3).

МН2 МН'

,МН2

-БЬО

-ЭиО

БЬО

О-ЭЬ

ЭиО о-эг

I I

13 (60%)

Схема 3

Было показано, что в отличие от соединения 26 его защищенный аналог 13 растворяется в полярных органических растворителях и намного легче вступает в реакцию с циклическими оксониевыми производными на основе полиэдрических гидридов бора с образованием целевых продуктов с хорошими выходами. Стандартное удаление диметил-отрето-бутилсилильной защиты КВщР привело к новым конъюгатам аденозина на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта 14 и клозо-додекаборатного аниона 15 (схема 4).

~г

N4,

он он

[5]ЫВи4 [15]СБ (55%)

Схема 4

Для полученных борсодержащих нуклеозидов 7-12, 14 и 15 был выполнен МТТ-тест.ъ Соединения 9, 11, 12, 15 в концентрациях 0,1 - 100 цМ не обладают

ь Совместно с Институтом в общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук.

заметной цитотокеичностью, в связи с чем они являются весьма перспективными для дальнейших биологических испытаний на предмет включения в ДНК и селективного накопления в раковых опухолях в качестве потенциальных агентов для БНЗТ.

2. Синтез коньюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиуридином

В последнее время большое внимание уделяется 5-замещенным 2'-

дезоксиуридинам, поскольку они являются весьмаН

эффективными соединениями, обладающими

высокой антивирусной и противоопухолевой

активностью. Среди них заметное место занимает 5-

этинил-2'-дезоксиуридин (рисунок 3) -

синтетический аналог природного тимидина,

способный встраивается в ДНК пролиферирующих ОН

клеток во время 8-фазы.с В своей структуре он Рисунок 3.

содержит тройную связь, благодаря планарности 5-этинил-2'-дезоксиуридин которой легко входит в двойную спираль молекулы ДНК, тем самым угнетая репликацию ДНК-вирусов. В связи с этим в настоящей работе был осуществлен синтез соединений, содержащих с одной стороны, различные борные кластеры (клозо-додекаборат и бис(1,2-дикарболлид)кобальта), а с другой стороны, синтетический аналог природного тимидина - 5-этинил-2'-дезоксиуридин. Для этого мы использовали аналогичный подход, предложенный для 2'-дезоксиаденозина/аденозина, а именно нуклеофилыгое раскрытие циклических оксониевых производных ктюзо-додекабората 5, 6, 25 и бис(1,2-дикарболлид)кобальта 4, 28. Для получения конъюгата заданного строения в молекулу 2'-дезоксиуридина включили сильный нуклеофильный центр для дальнейшего ее присоединения к борному кластеру и тройную связь в положение 5.

Ретросинтетический анализ показал, что для создания этого соединения необходимо получить алкинамин, содержащий две метальные группы в а-положении при тройной связи (схема 5).

c De Clercq, E. Strategies in the design of antiviral drugs // Nat. Rev. DrugDiscov. - 2002. - V. 1. - P. 13-25.

I 141«, ноп

N О

ОН

Схема 5

Именно такая молекулярная структура необходима для того, чтобы впоследствии в условиях реакции Соногаширы исключить образование продукта внутримолекулярной циклизации, которая часто наблюдается в этом процессе.

С этой целью был разработан метод получения нового алкиндиметиламина 19. Первоначально коммерчески доступный диметилэтинилкарбинол 16 ввели в реакцию с этиленбромгидрином с образованием спирта 17. Затем полученный спирт 17 был переведен в мезилат 18, дальнейшая обработка которого диметиламином привела к алкинамину 19 (схема 6).

^ °Н 16

,он

кон

ОН Ме802С1

„ О Ме2МН

'°-е* ---- ^

о'3- ^

18 (81%)

Схема б

19 (60%)

Полученный аминоалкин 19 ввели в реакцию Соногаширы с защищенным 5-йод-2'-дезоксиуридином 20. Проведение реакции в стандартных условиях, а именно в ДМФА в присутствии Рё(РРЬ3)4 и Си1 давало целевой продукт лишь в незначительных количествах. В основном в этом процессе наблюдалось восстановление исходного нуклеозида до 2'-дезоксиуридина 21. В дальнейшем замена катализатора на Рс1(РРЬз)2С12 и растворителя на EtзN позволила получить целевой нуклеозид 22. В ходе этой реакции не было замечено внутримолекулярной циклизации, которая часто протекает при алкилировании 5-йод-2'-дезоксиуридина в таких условиях (Е1зЫ, Си1). Как и предполагалось в соответствии с ретросинтетическим анализом, наличие двух объемных заместителей в а-положении при тройной связи стерически затрудняет синтез нежелательного бицикличекого производного 23. В результате реакция протекала с 100% конверсией и 70% выходом модифицированного нуклеозида 22 (схема 7).

Си1, Е^Ы

\ / 81

19, Рс)(РРИз)2С12 Си1, Е13М

22 (70%)

Схема 7

Была изучена реакционная способность 22 по отношению к циклическим оксониевым производным клозо-додекабората (схема 8) и бис(1,2-дикарболлид)кобальта (схема 9).

1.22, СН3СК1

2. мв^ттФ

3. СвР/СНзОН

1.22, СН3СК1

2. ЫВи4Р/ТГФ

3. СбР/СНЗОН

[5]ЫВи4: Х=0 [25]ЫВи4: Х=СН2

[24]С5 (76%)

[26] Сз: Х=0 (73%)

[27]Сб: Х=СН2 (78%)

Схема 8

Схема 9

Показано, что реакции 22 с производными бис(1,2-дикарболлид)кобальта 4 и 28 протекали в ацетонитриле при комнатной температуре в течение 3 часов. В случае производных клозо-додекаборатного аниона 5, 6 и 25 реакция с 22 требовала кипячения в том же растворителе в течение 5 часов. Защитные группы с сахарного остатка удалялись NDu4F. В результате были синтезированы первые конъюгаты 5-этинил-2'-дезоксиуридина с югозо-додекаборатом 24, 26, 27 и бис(1,2-дикарболлид)кобальтом 29, 30.

Проведены биологические исследования вновь полученных производных.11 Цитотоксичность определялась по 50% ингибированию клеточного роста (СС50, средняя концентрация цитотоксичности), используя МТТ-тест. Производные на основе гаозо-додекаборатного аниона 24, 26, 27 даже при весьма высокой концентрации (СС50 >550 мкг/мл) проявляют низкую цитотоксичность по отношению клеточным линиям LLC-MK2 (эпителия почки макаки-резус), Vero (эпителия почки африканской карликовой зеленой мартышки) и А549 (карциномы легкого человека). Следует отметить, что конъюгаты 5-этинил-2'-дезоксиуридина с ктгозо-додекаборатом характеризуются более низкой токсичностью, чем ранее описанные конъюгаты тимидина с б«с(1,2-дикарболлид)кобальтом, модифицированные по N - и 04-положениям. Однако полученные конъюгаты 5-этинил-2'-дезоксиуридина с бис( 1,2-дикарболлид)кобальтом 29 и 30 не растворимы в культуральной среде, и поэтому их цитотоксичность не определялась. Возможно, это связано с цвиттер-ионным строением этих соединений.

Несмотря на то, что предложенный подход возможен для производных как к/гозо-додекабората, так и бис(1,2-дикарболлид)кобальта, наличие заряда в целевых соединениях (атом азота в соединительном звене конъюгата находится в кватернизованной форме) серьезно осложняет биологические исследования. Поэтому в дальнейшем был осуществлен синтез анионных конъюгатов бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиурином.

11 Совместно с Институтом Медицинской Биологии Польской Академии наук (г. Лодзь).

В рамках этой схемы была проведено кросс-сочетание в условиях реакции Соногаширы алкинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта 32а-г с 5-йод-2'-дезоксиурином 31. Было обнаружено, что соединения 32а-г реагируют с 31, давая новые конъюгаты 5-этинил-2'-дезоксиуридина с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом ЗЗа-г с выходами 67-81% (схема 10). Довольно хорошие выходы ожидаемых продуктов в реакции Соногаширы были достигнуты при использовании в качестве растворителя ДМФА, а в качестве катализатора Рё(РРИз)4. Реакция протекала в течение суток при комнатной температуре.

[32а]К: Y=0, п—1 [32б]К: Y=Op п=2 [32в]К: Y=CH2, п—1 [32г]К: Y=CH2, П=2

1. он 31

Pd(Ph3P)4 Cul, Et3N, _ДМФА_

2. К2С03/Н20

[33a]K: Y=0, nx1 (81%) [ЗЗб]К: Y=0, n=2 (75%) [ЗЗв]К: Y=CH2, n-1 (67%) [33r]K: Y=CH2, n=2 (69%)

Схема 10

Преимуществом этого подхода является то, что в процессе получения целевых конъюгатов не требуется защищать гидроксильные группы сахарного остатка в нуклеозиде, что существенно сокращает схему синтеза. Большое значение также имеет возможность получения анионной формы желаемых соединений, что является важным условием для биологических исследований. Однако этот метод предполагает использование в качестве борного кластера только производные бис(1,2-дикарболлид)кобальта, поскольку алкины на основе клозо-додекабората труднодоступны и не вступают в реакцию Соногаширы.

Бициклические производные пиримидиновых нуклеозидов (БПН) -фурано[2,3-с/]пиримидиновые 2'-дезоксирибонуклеозиды и их пирролоаналоги, согласно литературным данным6 обладают заметной противовирусной активностью. При этом данная группа соединений имеет низкую цитотоксичность. Открытие противовирусных свойств в ряду фуранопиримидиновых 2'-дезоксирибонуклеозидов послужило толчком к их активному исследованию. Однако борсодержащие аналоги с такими соединениями в литературе не встречаются.

eBalzarini J., McGuigan С. Bicyclic pyrimidine nucleoside analogues (BCNAs) as highly selective and potent inhibitors of varicella-zoster virus replication // J. Antimicrob. Chemotherapy. - 2002. - V.50. - P. 5-9.

Для синтеза подобных соединений нами было реализовано три метода, основанных на реакции внутримолекулярной циклизации алкинилированного нуклеозида (схема 11). Процесс проводили как в две стадии, с выделением промежуточного алкина, так и в одну стадию, без выделения алкинилированного соединения.

HO-,

он

Схема 11

Первый метод является продолжением реакции Соногаширы. Он заключается в присоединении к галогензамещенным уридинам терминальных алкинов RC=CH в присутствии Pd(OAc)2, Pd(OAc)2/PPh3, Pd(PPh3)4 или Pd(PBu3)4 и органических оснований в мягких условиях и дальнейшей циклизации в одну стадию. Робине и Барр обнаружили, что образование бициклической системы легко протекает при кипячении алкинилированных нуклеозидов в смеси метанол/триэтиламин в присутствии Cul. Однако получить борсодержащие 2(ЗН)-фурано[2,3-оГ]пиримидиновые производные по реакции 31 с 32а при кипячении в CH3CN или МеОН, а не в ДМФА не удалось. Эта реакция привела в основном к продуктам осмоления и частичному выделению исходного соединения 31. Поэтому чтобы синтезировать целевые соединения мы воспользовались возможностью прямой внутримолекулярной циклизации калиевых солей соединений ЗЗа-г по методу 2.

Во втором методе исходным веществом при получении БПН является алкинилированный нуклеозид, который циклизуется в присутствии Cul и Et3N. Схема получения БПН совпадает с методом 1, с тем исключением, что алкинилированный нуклеозид выделяется из реакционной смеси. К сожалению, применение второго метода, а именно, нагревание калиевой соли 33а в метаноле и триэтиламине (7:3) в присутствии Cul, также привело только к продуктам разложения. При этом, однако, было обнаружено, что кипячение ЗЗа-r в ацетонитриле с 2-3 каплями триэтиламина и 1 кристаллом Cul в течение 45 минут дает основной продукт внутримолекулярной циклизации 34а-г (схема 12).

Et3N, Cul

CH3CN

[33a]K: Y=0, n=1 [336JK: Y=0, n=2 [33b]K: Y=CHj, n=1 [33r]K: Y=CH2i n=2

[34a]K: Y=0, n=1 (65%) [346]K: Y-O, n=2 (43%) [34в]К: Y=CHj, n=1 (45%) [34r]K: Y=CH2, n=2 (41%)

Схема ¡2

Выходы 34a-r были невысокими, так как образовывалось большое количество продуктов осмоления. При комнатной температуре эта циклизация также не проходила.

Чтобы увеличить выходы конъюгатов фурано[2,3-</]пиримидиновых нуклеозидов (ФПН) с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом мы применили третий метод, в котором для катализа процесса присоединения алкина к основанию и последующей циклизации, использовался палладий на угле (Pd/C), Cul и Et3N. Реакцию проводили в кипящем ацетонитриле. Столь жесткие условия не позволяют выделить промежуточно образующийся алкинилированный нуклеозид. Поэтому этим способом можно получить только фуранопиримидиновые нуклеозиды. Было обнаружено, что алкины 32а-г реагируют с (3',5'-ди-0-ацетил)-5-йод-2'-дезоксиуридином 35, давая защищенные конъюгаты 2(ЗН)-фурано[2,3-<з?]пиримидиновых нуклеозидов с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом Зба-г (40-59%) (схема 13).

Со

[32а-г]к

Pd/C, Cul, CH3CN/Et3Nt 1/1

2. К2С03/Н20

[зба]К: Y=0, n=1 (59%)

[збб]K: Y=0, n=2 (57%) T [36b]K: Y=CH2, n=1 (40%) [36r]K: Y=CH2, n=2 (40%) О

'О

Схема 13

Атом кислорода фуранового кольца ФПН можно замещать на другие гетероатомы. Так, описано получение пирролопиримидиновых нуклеозидов за счет замещения кислорода на №1-группу действием аммиака. Мы применили защищенные соединения Зба-г для получения ранее неизвестных конъюгатов 2(ЗН)-пирроло[2,3-^пиримидиновых нуклеозидов с бис(1,2-

дикарболлид)кобальтом. Нам также удалось провести замещение кислорода в 7-ом положении фуранового кольца на ЫН-группу. Для этого соответствующие фуранопиримидиновые нуклеозиды обрабатывали 25%-ным водным аммиаком при комнатной температуре. При этом происходит обмен кислорода в соединениях 36а-г на азот, удаляется защита, и конъюгаты пирроло[2,3-с/]пиримидиновых нуклеозидов с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом 37а-г получаются практически с количественными выходами (схема 14).

Схема 14

Структура конъюгатов 33, 34, 37 была доказана спектрами ЯМР (!Н, 13С, ПВ), ИК-спектроскопией, масс-спектрометрией высокого разрешения, а также элементным анализом. Сигналы ароматического кольца в спектрах ЯМР 13С соединений 33, 34, 37, как и ожидалось, сильно отличались (рисунок 4). Наблюдаемая картина, однако, хорошо согласуется с литературными данными для 5-(пропин-1-ил)-2'-дезоксиуридина, 3-(Р-0-2-дезоксирибофуранозил)-б-

метилфуро[2,3-£/]пиримидин-2-она и 3-(Р-В-2-дезоксифуранозил)-3-7-дигидро-6-метил-2Н-пирроло[2,3 -с1} пиримидин-2-она.

П. (МД)

Рисунок 4. Спектры ЯМР 13С соединений 336 (верхний), 346 (средний) и 376

(нижний).

Была изучена цитотоксичносп/ полученных конъюгатов путем измерения 50% ингибирования клеточного роста, используя метод вирусных бляшек и МТТ-

1 Совместно с Институт Медицинской биологии Польской Академии Наук (г. Лодзь)

окрашивания, основанный на способности митохондриальных дегидрогеназ конвертировать водорастворимый 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-2Н-тетразолиум бромид (МТТ) в формазан, который кристаллизуется внутри клетки. Все тестируемые соединения обладают низкой цитотоксичностью.

Синтезированные производные были протестированы на антивирусную активность по отношению к цитомегаловирусу человека (НСМУ), вирусу простого герпеса тип 1 (Н8У-1), вирусу парагриппа человека тип 3 (НР1У-3), вирусу энцефаломиокарда (ЕМСУ) и вирусу везирулярного стоматита (УБУ). Показано, что в отличие от синтезированных нами цвиттер-ионных конъюгатов 29, 30, анионные соединения (кроме ЗЗг), оказывают влияние на тестируемые вирусы при концентрации, равной СС50. Среди них наиболее интересными являются два конъюгата (346 и ЗЗв) (Таблица 1).

Таблица 1. Индекс селективности 81 соединений 33а,б, 346,в, 37а-г.

Соединение ССы 1С!0 5/ Вирус

33а 290 68,5 7,23 1КУ-1

254 68 3,73 НР1У-3

239 24 9,96 ЕМСУ

166 44 3,77 УвУ

33а 192 28 6.86 НР1У-3

253 19 13,31 ЕМСУ

260 34 1,76 УвУ

336 345 64 5,39 НР1У-3

69 0,9 76,7 УвУ

346 250 76 3,29 НР1У-3

34в 306 87 3,52 НР1У-3

104 1,1 14,65 УвУ

34в 238 4 59,50 ЕМСУ

34г 275 33 8,33 НР1У-3

37а 357 62 5,76 НР1У-3

337 61 5,52 ЕМСУ

376 295 69 4,27 ШУ-1

302 25 12,08 ЕМСУ

37в 158 96 1,64 ШУ-1

340 63 5,40 НР1У-3

37г 292 94 3,11 ШУ-1

328 75 4,37 НР1У-3

У производного бис(1,2-дикарболлид)кобальта с фуранопиримидином 346 антивирусная активность против вируса везикулярного стоматита (УЗУ) сочетается с достаточно низкой цитотоксичностью по отношению к клеточной линии Ь929 (фибропласта клона 929 мыши) с индексом селективности 81=76,7.8 А соединение бис(1,2-дикарболлид)кобальта с этинилдезоксиуридином ЗЗв оказалось активным против вируса энцефаломиокарда (ЕМСУ), что сочетается с низкой цитотоксичностью к клеточной линии А549 (карциномы легкого человека) с индексом селективности 59,50.

Выводы

1. Разработаны универсальные подходы к синтезу новых конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с различными нуклеозидами, которые могут быть использованы при создании противоопухолевых и антивирусных препаратов.

2. Синтезированы новые производные аденозина и 2'-дезоксиаденозина, содержащие сильный нуклеофильный центр (ЫМе2-группу) в боковой цепи по восьмому положению. Изучена их реакционная способность по отношению к оксониевым производным борных кластеров. Путем раскрытия оксониевых циклов разработан простой и эффективный подход к синтезу новых конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 2'-дезоксиаденозином и аденозином, при котором не затрагиваются активные группы как пуринового основания, так и сахарного остатка. Несколько полученных соединений клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 2'-дезоксиаденозином/аденозином протестированы на цитотоксичность. Показано, что эти соединения не обладают заметной цитотоксичностью и могут быть использованы в качестве агентов для БНЗТ рака.

3. Разработан перспективный метод синтеза 5-этинил-2'-дезоксиуридина, модифицированного в боковой цепи диметиламиногруппой. Изучено его взаимодействие с циклическими оксониевыми производными клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта. В результате получен ряд новых цвиттер-ионных конъюгатов на основе борных кластеров и 5-этинил-2'-дезоксиуридина. Исследованы цитотоксичность и антивирусная активность цвиттер-ионных соединений клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиуридином. Показано, что для производных на основе клозо-

Е81 - индекс селективности (отношение СС50 к ТС50).

СС5о-Доза препарата, вызывающая гибель 50% неинфицированных клеток.

ГС50 — эффективная концентрация, требуемая для подавления развития вируса на 50%.

додекаборатного аниона даже при весьма высокой концентрации (СС50 >550 мкг/мл) наблюдается весьма низкая цитотоксичность.

4. Впервые проведено кросс-сочетание в условиях реакции Соногаширы терминальных алкинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта с незащищенным 5-йод-2'-дезоксиурином и синтезированы неизвестные ранее анионные конъюгаты бис(1,2-дикарболлид)-кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиурином.

5. Изучена реакция внутримолекулярной циклизации анионных конъюгатов бис(1,2-дикарболлид)-кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиурином в изомерные им фурано[2,3-с)]пиримидиновые формы. Получены также новые 2(3н)-пирроло[2,3-(1]пиримидиновые нуклеозиды с бис(1,2-дикарболлид)-кобальтом. Изучены цитотоксичность и антивирусная активность синтезированных соединений. Конъюгаты на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта с фуранопиримидином и этинилдезоксиуридином проявили антивирусную активность в сочетании с низкой цитотоксичностью.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях Статьи в рецензируемых журналах:

1. Semioshkin A., Bregadze V., Godovikov I., Ilinova A., Lesnikowski Z. J., Lobanova I. A convenient approach towards boron cluster modifications with adenosine and 2'-deoxyadenosine // J. Organomet. Chem. - 2011. - V. 696. - P. 3750-3755.

2. Илышова А. А., Брегадзе В. И., Ласькова Ю. Н., Семиошкин А. А., Миронов А. Ф. Синтезы на основе 1-йод-7-(диоксоний)-декагидро-кл<?зо-додекабората // Изв. Акад. Наук. Сер. хим. - 2012. - № 8. - С. 1646-1649.

3. Илышова А. А., Брегадзе В. И., Богомазова А. Н., Лобанова И. А., Миронов А. Ф., Семиошкин А. А. Новые борсодержащие 2'-дезоксиаденозины // Изв. Акад. Наук. Сер.хим.-2013.-№4.-С. 1814-1819.

4. Semioshkin A., Ilinova A., Lobanova I., Bregadze V., Paradowska Е., Studzinska М., Jablonska A., Lesnikowski Z. J. Synthesis of the first conjugates of 5-ethynyl-20-deoxyuridine with c/o-so-dodecaborate and cobalt-bis-dicarbollide boron clusters // Tetrahedron. - 2013. - V. 69. - P. 8034-8041.

Тезисы докладов:

1. Lobanova I., Bregadze V., Semioshkin A., Ilinova A. A new effective route towards conjugates of polyhedral matallacarboranes and boranes with nucleosides // Proceedings of XIX European Conference on Organometallic Chemistry (EUCOMCXIX). - Toulouse, France. - 3-7 July, 2011. - OC40-P241.

2. Ilinova A., Bregadze V., Lobanova I., Semioshkin A. Synthesis of novel closo-dodecaborate and bis(dicarbollide)cobalt conjugates with 8-modified purine nucleosides // Proceedings of IMEBoron XIV conference. - Niagara Falls, Canada. - 11-15 September, 2011. - P. 207.

3. Ilinova A., Bregadze V., Lobanova I., Semioshkin A., Bogomazova A. Synthesis of novel conjugates of deoxy/adenosine with c/ewo-dodecaborate and bis(dicarbollide)cobalt and their biological investigations // Proceedings of 15 International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT 15). - Tsukuba, Japan. -September, 2012. - P. 124.

4. Semioshkin A., Ilinova A., Lobanova I., Laskova J., Bregadze V. Novel conjugates of bis(dicarbollide)cobalt and cfoso-dodecaborate with natural nucleosides. Synthesis and biological investigations // Proceedings of Frontiers of Organometallic Chemistry (FOC-2012). - Saint Peterburg, Russia. - September, 2012. - P. 118.

5. Ilinova A., Bregadze V., Lobanova I., Semioshkin A., Paradowska E., Studzinska M., Jablonska A. and Lesnikowski Z. J. Novel derivatives of 5-ethynyl-2-deoxyuridine and their biological investigations // XVth Conference on Heterocycles in Bioorganic Chemistry. - Riga, Latvia. - May 27-30, 2013. - PO 085.

6. Ilinova A., Bregadze V., Lobanova I., Semioshkin A., Paradowska E., Studzinska M., Jablonska A. and Lesnikowski Z. J. Novel conjugates of metallacarboranes and boranes with 5-ethynyl-2'-deoxyuridine // 20th EuCheMS Conference on Organometallic Chemistry // St. Andrews, Scotland. - 30th June - 4th July, 2013.-P117C.

7. Ильинова А. А., Семиошкин А. А., Миронов А. Ф. Синтез и биологические исследования конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами // V молодежная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии -2013». - 1-2 ноября, 2013. - С. 51.

Ильинова Анна Александровна СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНЪЮГАТОВ ПОЛИЭДРИЧЕСКИХ ГИДРИДОВ БОРА С НУКЛЕОЗИДАМИ Формат 60x90/16 Тираж 100 экз. Усл.п.л. 1.5 Подписано в печать 22.04.2014 Заказ № 171 Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-55 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Ильинова, Анна Александровна, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОеУДАРе-ТВЕННеЕ-БЮДЖ-ЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ

ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ М. В. ЛОМОНОСОВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИМЕНИ А. Н. НЕСМЕЯНОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201458353

ИЛЬИНОВА Анна Александровна

СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНЪЮГАТОВ ПОЛИЭДРИЧЕСКИХ ГИДРИДОВ БОРА С НУКЛЕОЗИДАМИ

02.00.10 - Биоорганическая химия 02.00.08 - Химия элементоорганических соединений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научные руководители:

д.х.н., проф. А.Ф. Миронов к.х.н., с.н.с. A.A. Семиошкин

Москва 2014

Оглавление

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ_2

1. ВВЕДЕНИЕ_3

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР_8

2.1. Введение_8

2.2. Бороновые кислоты и их аналоги_9

2.2.1. Модификации по пуриновому и пиримидиновому основанию_9

2.2.2. Модификации по сахарному остатку_12

2.2.3. Комплексные донорно-акцепторные соединения_20

2.3. Нуклеозиды на основе карборанов_23

2.3.1. Оргао-карбораны_23

2.3.2. Пара-карбораны_44

2.3.3. Мегад-карбораны_52

2.4. Нуклеозиды на основе металлакарборанов_56

2.5. Нуклеозиды на основе оозо-додекаборатного аниона_63

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ_66

3.1 Введение_66

3.2. Синтез конъюгатов кяозо-додекаборатного аниона и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с аденозином и 2'-дезоксиаденозином_67

3.3. Синтез конъюгатов /сяозо-додекаборатного аниона и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-этинил-2'-дезоксиуридином_77

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ_103

5. ВЫВОДЫ_138

6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 140

Список сокращений

абс. - абсолютный

БНЗТ - бор-нейтронозахватная терапия (рака) д - дублет

ДМСО - диметилсульфоксид

ДМФА - диметилфорамид

ДЦК -1,4-дициклогексилкарбодиимид

конц. - концентрированный

ЛДА — диизопропиламидлития

м - мультиплет

м- - мета-

о- - орто-

п- - пара-

с — синглет

уш. с - уширенный синглет т - триплет

ТГФ - тетрагидрофуран

ТСХ - тонкослойная хроматография

dAbn - борсодержащий 2'-дезокси-

аденозин

Ас - ацетил

AIBN - азобисизобутиронитрил

Bu - н-бутил

t-Bu — трет-бутип

н-BuLi - н-бутиллитий

Bz - бензоил

CDU - 5-(1-о-карборан-1-ил)-2'-

дезоксиуридин

CFAU - 2'-фторурацил

CU - 5-о-карборан-1 -ил-урацил DBDU - 5-(дигидроборил)-2'-дезокси-уридин

DMTr-T - диметокситритилтимидин DPA - диизопропилэтиламин Et — этил

FT - Фурье-преобразование NMO - 4-метилморфолин-]ЧГ-оксид TBDMS - диметил-гарет-бутилсилил TBDPS - дифенил-трет-бутилсилил TIPDS — тетраизопропилдисилоксан-1,3-диильная защита (Маркевича) TMS - триметилсилил HMDS- гексаметилдисилазан НМРТ - гексаметилфосфотриамид HRESIMS - масс-спекрт высокого разрешения ESI ММТ - монометокситритил Me - метил Ms - мезил

РВА - фенилбороновая кислота Ph - фенил Рг — н-пропил i-Pr - изо-пропил Ру - пиридин

dRib - 2'-дезокси-0-рибоза Ts — тозил

1. Введение

Актуальность проблемы. Термин химиотерапия был предложен в начале 20 века П. Эрлихом и определялся как «использование лекарственных средств, поражающих паразита и не причиняющих вреда хозяину». Эрлих считал, что лекарство исполняет роль «магической пули», избирательно поражающей мишень - уязвимое место болезнетворной клетки. Предсказания настолько не соответствовали уровню науки того времени, что не привлекли внимания ученых. Однако в настоящее время распространенность вирусных и онкологических заболеваний требует от ученых создания все новых и новых эффективных препаратов для лечения этих болезней. Среди препаратов для антивирусной и противоопухолевой химиотерапии важную роль играют производные и аналоги нуклеозидов. В частности, большой интерес представляют лекарственные препараты на основе модифицированных нуклеозидов, поскольку этот класс соединений, обладает широким спектром биологической активности - противоопухолевой, противовирусной (гепатит С, герпес, грипп и др.), иммуносупрессорной (рассеянный склероз, трансплантация костного мозга). К настоящему времени на основе модифицированных нуклеозидов создано несколько десятков эффективных препаратов для лечения подобных заболеваний.

Весьма перспективными в этом отношении являются борсодержащие нуклеозиды. Проявление биологической активности открывает путь использования их в качестве антивирусных препаратов. Борсодержащие нуклеозиды удовлетворяют данным требованиям и являются «популярными» объектами исследований. Мишенями их действия могут выступать ферменты: ДНК- и РНК-полимеразы, синтазы, киназы и другие молекулы, участвующие в метаболизме нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Репродукция опухолевых клеток предотвращается в результате повреждающего воздействия на структуры ДНК. Так, выявление соединений,

способных подавлять репликацию вирусов, не затрагивая процессов жизнедеятельности клеток организма-хозяина, является достаточно сложной и трудоемкой задачей. Поэтому проблема создания эффективных противовирусных средств является по-прежнему актуальной.

Очевидно, что существует и другая острая необходимость в принципиально новых веществах, которые будут выступать как противоопухолевые препараты для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. Работы по созданию новых противоопухолевых средств направлены на получение таких соединений, которые при максимальном ингибирующем воздействии на опухолевые клетки минимально повреждали бы нормальные клетки и ткани организма. Борсодержащие нуклеозиды потенциально могут быть использованы и в качестве противоопухолевых препаратов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. В настоящее время рассматриваются принципиально новые подходы к разработке и синтезу подобных препаратов. Исходя из биохимических и физиологических процессов, разрабатываются борсодержащие соединения, основанные на использовании «элементов», которые принимают непосредственное участие в жизнедеятельности клетки. Цель состоит в том, чтобы создать борсодержащие структуры, которые моделируют естественно встречающиеся химические составляющие, необходимые для роста и пролифирации клеток. Учитывая тот факт, что пролиферация в пределах опухоли происходит асинхронно и только небольшой процент опухолевых клеток в одно и то же время находится в этой стадии, логическим обоснованием является создание борсо держащих агентов на основе нуклеозидов,1'2 которые будут трансформироваться в нуклеотиды с ДНК и РНК размножающихся клеток.3

Таким образом, очевидна крайняя необходимость создания лекарственных препаратов на основе борсодержащих нуклеозидов для широкого применения в практической медицине в качестве антивирусных и противоопухолевых препаратов.

Цель" работы. Целью настоящей работы является разработка эффективных методов синтеза новых конъюгатов полиэдрических гидридов бора с нуклеозидами для потенциального использования их в качестве антивирусных и противоопухолевых препаратов.

Научная новизна и практическая значимость. Разработаны эффективные подходы к синтезу новых конъюгатов ктгозо-додекаборатного аниона и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с различными нуклеозидами.

Представлен универсальный подход к синтезу конъюгатов клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с аденозином и 2'-дезоксиаденозином. Получены новые пуриновые нуклеозиды, модифицированные сильным нуклеофильным центром в боковой цепи (ТЧМег-группой) по восьмому положению. Показано, что они раскрывают оксониевые циклы клозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с образованием соответствующих конъюгатов в виде четвертичных аммониевых солей. В этих соединениях борный кластер присоединяется к нуклеозиду через диметиламиногруппу пуринового основания, то есть не затрагиваются группы, ответственные за образование водородных связей в спиралях ДНК и РНК. Таким образом, нами продемонстрирована универсальность используемого подхода к синтезу ряда конъюгатов полиэдрических гидридов бора с 2'-дезоксиаденозином/аденозином, при этом предложенный метод может быть использован для создания библиотеки подобных соединений, в которых гидроксильные группы углеводного остатка остаются свободными.

Предложено два подхода к синтезу производных полиэдрических гидридов бора с 5-этинил-2'-дезоксиуридином. Синтезирован модифицированный 5-этинил-2'-дезоксиуридин с КМег-группой в боковой цепи и изучено его взаимодействие с циклическими оксониевыми производными /сдозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта. Реакцией нуклеофильного замещения получена серия новых цвиттер-ионных конъюгатов на основе борных кластеров с 5-этинил-2'-

дезоксиуридином. Впервые проведена реакция кросс-сочетания по------

Соногашире терминальных алкинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-йод-2'-дезоксиурином. Это открывает простой двухстадийный путь к синтезу новых анионных 5-этинил-2'-дезоксиуридинов на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта.

Изучена реакция внутримолекулярной циклизации борсодержащих 5-этинил-2'-дезоксиуридинов и получены изомерные им фурано[2,3-¿/]пиримидиновые формы. Взаимодействие последних с аммиаком позволило заместить атом кислорода в седьмом положении бициклического производного на ]ЧН-группу с образованием не известных ранее конъюгатов 2(ЗН)-пирроло[2,3-сГ]пиримидиновых нуклеозидов с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом.

Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут найти практическое применение. Синтезированные борсодержащие нуклеозиды были протестированы на цитотоксичность и антивирусную активность. Показано, что конъюгаты клозо-додекабората с 2'-дезоксиаденозином/аденозином не цитотоксичны. Следует отметить, что цвиттер-ионные производные 5-этинил-2'-дезоксиуридина с клозо-додекаборатом характеризуются более низкой токсичностью, чем ранее описанные конъюгаты тимидина с бис(1,2-дикарболлид)кобальтом, модифицированные по М3- и 04-положениям. На основании этого показана целесообразность дальнейших биологических испытаниях на предмет включения в ДНК и селективного накопления в раковых опухолях полученных конъюгатов в качестве потенциальных агентов для БНЗТ.

Тесты на антивирусную активность показали, что полученные анионные соединения /сяозо-додекабората и бис(1,2-дикарболлид)кобальта с 5-ЭТИНИЛ-2 '-дезоксиуридином оказывают воздействие на тестируемые вирусы. Из них наиболее интересными являются два конъюгата (фуронопиримидин и этинилдезоксиуридин), у которых антивирусная

активность сочетается с достаточно низкои цитотоксичностькгпоотношению к тестируемым клеточным линиям.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на XIV Международной конференции по химии бора IMEBORON (Ниагара Фоле, Канада, 2011), XIV Международном конгрессе по нейтронозахватной терапии рака INCT-15 (Цукуба, Япония, 2012), XV Международной конференции по гетероциклам в биоорганической химии (Рига, Латвия, 2013), XX Европейской конференции по элементоорганической химии EuCheMS (Сант-Андрюс, Шотландия, 2013), V молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2013» (Москва, Россия, 2013).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ (в том числе: 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, 7 тезисов в сборниках докладов научных конференций).

Гранты и программы. Диссертационное исследование выполнено при финансовой поддержке Президиума Российской академии наук (Программа П-8); Российского Фонда Фундаментальных Исследований (Гранты № 09-0300504, 11-03-00746 и 12-03-31146); Фонда развития малых предприятий в научно-технической сфере «УМНИК» №0002237.

2. Литературный обзор 2.1. Введение

Рост числа и распространенность вирусных и онкологических

заболеваний стимулирует поиск новых способов профилактики и

интенсивной терапии. В связи с этим синтезируется большое количество

новых биологически активных веществ, обладающих антивирусными и

противоопухолевыми свойствами. Среди потенциальных веществ подобного

рода в настоящее время большое внимание уделяется нуклеозидам и их

аналогам, поскольку они играют важную роль в различных биологических

процессах.4 Нуклеозиды являются основными низкомолекуляными

составляющими рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой кислот

(ДНК). В настоящее время известно 8 канонических нуклеозидов (рисунок 1). о О N42 N42

^мн Лын Ам Дм

О^ I | .О

он он он он он он

тимидин (Thd) уридин (Urd) цитидин (Cyt) дезоксицитидин (dCyl)

NH2 NH2 о О

<х; ад <NxV <N/r

он он он он он он

аденозин (Ado) дезоксиаденозин (dAdo) гуанозин (Gua) дезоксигуанозин (dGua)

Рисунок 1: Канонические нуклеозиды.

На их основе созданы и внедрены в практику такие препараты, как ацикловир, ганцикловир, азидотимидин и др. При включении таких нуклеозидов в цепь ДНК предполагается прекращение дальнейшей элонгации цепи праймера.

Следует отметить, что поиск эффективных противовирусных и противоопухолевых препаратов предполагает модификацию структуры нуклеозида. Борсодержащие нуклеозиды являются весьма интересной модификацией этих природных соединений. К настоящему моменту

синтезировано большое количество производных подобного типа.5'-Например, изначально борсодержащие нуклеозиды рассматривались в качестве потенциальных агентов для БНЗТ рака,7 однако в последнее время эти соединения находят ряд других применений, а именно в качестве антивирусных препаратов, антисмысловых РНК*-агентов, молекулярных проб для диагностики генетических заболеваний, липофильных фармакофоров, электрохимических и ИК-меток.8

Поэтому в настоящем обзоре рассмотрены подходы к синтезу борсодержащих нуклеозидов и их производных, модифицированных как по гетероциклическому основанию, так и по сахарному остатку. В основном приведены борсодержащие нуклеозиды, модифицированные одним атомом бора (комплексы с ВН3, борные кислоты, эфиры бороновой кислоты, и т. д.), содержащие карбораны (о-, м-, и п- карбораны), металлокарбораны (бис(1,2-дикарболлид)кобальта и железа), а также клозо-додекаборат.

2.2. Бороновые кислоты и их аналоги Бороновые кислоты являются важным классом соединений, которые часто используются в синтетической, биологической и медицинской химии.9 В связи с этим был синтезирован широкий спектр нуклеозидов, содержащих В(ОН)2-группу как по основанию, так и по сахарному остатку. 2.2.1. Модификации по пуриновому и пиримидиновому основанию

Первый борсодержащий нуклеозид 5-(дигидроксиборил)-2'-дезоксиуридин (БВОи) 1 был получен как потенциальный агент для БНЗТ рака.10 Это соединение было синтезировано по следующей схеме: гидроксильные группы сахарного остатка 5-бромдезоксиуридина защищались триметилхлорсиланом. Взаимодействие защищенного аддукта с «-бутиллитием привело к дилитиевому производному, обработка которого

*«Антисмысловые РНК (англ. АпйзепБеШ^А) - это одноцепочечные РНК, которые комплементарны мРНК, транскрибируемой в клетке. Антисмысловые РНК вводят в клетки для ингибирования трансляции комплементарных мРНК за счет того, что антисмысловые РНК спариваются с мРНК-мишенью и физически препятствуют формированию трансляционного комплекса.» (Википедия)

т ри - w - б у ти лб о р ато м "с последующим кислотным гидролизом дала целевой-5 -

(дигидроксиборил)-2'-дезоксиуридин (DBDU) 1 (схема 1).

О О OLi он О

ОН OTMS OTMS он

Схема 1

/: HMDS, триметилхлорсилан; //: BuLi, ТГФ, НМРТ; ш: B(OBu)3/CH3OH, HCl.

Однако, соединение 1 было получено с невысоким выходом, и оно оказалось неустойчивым из-за того, что В(ОН)2-группа связана с сильноакцепторным пиримидиновым кольцом нуклеозида. Поэтому Ямамото предложил другой подход к синтезу дигидроксиборилсодержащих нуклеозидов по реакции Стилле.11 На первом этапе из 4-бромфенилбороновой кислоты было синтезировано соединение 2. Первоначально осуществлялась защита В(ОН)2-группы исходного соединения N-метилдиэтаноламином. Обработка полученного аддукта н-бутиллитием в ТГФ при -78°С с последующим добавлением трибутилоловохлорида привела к промежуточному полупродукту с выходом 53%, смешивание которого с 2,2-диметилпропан-1,3-диолом в ТГФ дало соединению 2 с 96% выходом (схема 2).

Схема 2

г. Ы-метилдиэтаноламин; И: н-бутиллитий, ТГФ, трибутилоловохлорид; ш: 2,2-диметилпропан-1,3-диол,ТГФ. Далее были проведены катализируемые палладием реакции кросс-сочетания по Стилле борсодержащего оловоорганического соединения 2 с защищенными 5-бромдезокситимидином и 2-йод-6-метосигуанозином. Последующее снятие защитных /ярега-бу�