Синтез и исследование A priori постулированных 9-LO простаноидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Р О С С И И С К А Я Л К АДЕМИЯ Н А У К

УФИМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ химии

^ ^ На правах рукописи

" 1 ДСП 1898

ИМЛЕВА ЛИЛИЯ РАДИКОВНА

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ А РШОШ ПОСТУЛИРОВАННЫХ "9-ЬО ПРОСТАНОИДОВ'

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Уфа-1998

Работа выполнена в Институте органической химии Уфимского научного центра РАН

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор, чл.-корр. АН РБ Мифтахов М.С.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Ахметвалеев P.P.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Ишмуратов Г.Ю.

доктор химических на\к. профессор Ибрагимов А.Г.

Ведущая организация: Уфимский государственный

нефтяной технический университет

Защита состоится "Ц" декабря 1998 г. в М111' часов на заседании лпесерта ционного совета К 002.14.01 в Институте органической химии УНЦ РАН ш адресу: 450054, г.Уфа, проспект Октября, 71.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимской научного центра РАН.

Автореферат разослан "Ц" ноября 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ' .

доктор химических наук Ф.А.Валеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Простаноиды (PG) - низкомолекулярные липидной природы продукты окислительных биотрансформаций арахидоновой и других С20-полиненасышенных жирных кислот in vivo. Они обнаружены практически во всех органах и тканях млекопитающих и обладают чрезвычайно широким спектром физиологического действия. Достигнут значительный прогресс исследованиях их физиологической роли, на основе PG и модификатов созданы эффективные препараты для медицины и ветеринарии. Перспективными и актуальными на данном этапе исследовании в области простаноидов представляются проблемы, связанные с поиском и изучением свойств новых метаболитов "арахидонового каскада", что, безусловно, должно способствовать лучшему пониманию роли PG как универсальных биорегуляторов гомеостаза живых организмов и расширить аспекты их практического приложения.

Цель работы. Разработка рациональных схем полного синтеза новых a priori постулированных "9-LO простаноидов" и изучение их биологических свойств.

Научная новизна. Предложены гипотетически возможные брутто-изомерные природным структуры оригинальных 9-LO простаноидов. Разработаны эффективные схемы синтеза 9-LO простаноидов, исходящие из (±)- и (-)-7а-гидрокси-бР-шдроксиметил-цис-2-оксабицикло[3.3.0]октан-3-онов. Обнаружена аномальная реакция циклораскрытия 1,4-диокса-6,7,9-трихлорспиро[4.4]-нон-6-ен-8-она, инициируемая "купратным" реагентом. На примере 6,7,9-три-хлор- и 6,7-дихлор-1,4-диоксаспиро[4.4]нон-6-ен-8-онов предложен новый вариант построения структур соответствующих аллил(пропаргил)-виниловых эфиров; термическая перегруппировка Кляйзена последних сопровождается циклораскрытием диоксоланового кольца и образованием 5-аллил(алленил)-2-(2-гидроксиэтилокси)-5-хлорциклопент-2-ен-1,4-дионов.

Практическая значимость работы. Осуществлены полные синтезы (±)- и (+)-9-LO PGF2a, (±)-9-LO PGEU (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбокси-простагландина Fía- Биологические исследования (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбоксипростагландина F2a и его 15(3-эпимера показали, что они обладают высокими утеротропными и лютеолитическими свойствами.

Апробация. Результаты исследований доложены на Республиканской научно-технической конференции "Научное и экологическое обеспечение современных технологий" (Уфа, 1994 г.), Юбилейной научно-технической конференции Уфимского технологического института сервиса ГАСБУ (Уфа, 1996 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Биолого-химические науки в высшей школе. Проблемы и решения" (Бирск, 1998 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 статей и тезисы 3-х докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного об-

зора (глава 1. рассмотрены окислительные превращения полиненасышенных жирных килот), обсуждения результатов (глава 2). экспериментальной части (глава 3) и выводов. Список цитируемой литературы состоит из 174 наименований. В приложении приведены акты биологических испытаний.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. A priori постулированные 9-LO простаноиды

Как известно, биосинтез классических простаноидов in vivo из арахидо-новой кислоты i (АА) осуществляется по 11-липокси(циклоокси)геназной (LO) схеме. Нами на основании анализа литературных данных выдвинуто предположение о возможности реализации в биологических средах альтернативного общеизвестному 9-LO направления окислительных превращений АА с образова-

Схема 1

Г

02

9-LO

О2Н

1 АА

он

02Н 9-LO PGH2

со2н

но

/WW

о V V V СОгН

он

9-LO PGD2

-WW

со2н

С02н

он

9-L0 ТХАг

но

со2н

PGF2a

пнем принципиально новой молекулярной архитектуры простаноидов (ср. РСр2а и 9-ЬО РСР?„). структурные формулы которых (выборочно) приведены на схеме 1 (ЖОрХ, 1992. 28, 1862). Аналогичные ЛА трансформации дигомо-у-линоленовой (2) и тимнодовой (3) кислот приводят через соответствующие он-допероксиды к 9-Ш простаноидам серий 1 и 3, см. напр.. структуры 9-Ш РОЕ, и 9-ЬО РСР3и (схема 2).

Схема 2

С02Н

9-Ш РСН,

9-Ю РЭ серии 1

/ V \А/С°2Н

9-Ю РСН

9-Ю Рй серии 3

НО

Последуюшие разделы работы посвяшены синтезу ряда представителей и аналогов 9-ЬО простаноидов.

1.1. Синтез рацемического и оптически активного 2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбоксипростагландина Р2о

Реализованный нами путь синтеза рацемического 9-ЬО РОРг,, (13) с использованием циклопентанового (4) и фосфорсодержащих блоков (15) и (16) приведен на схеме 3. В стандартных условиях диол (4) превратили в >юнотри-тилпроизводное (5) и обработкой (/-Ви)2А1Н в лактол (6), который ввели в реакцию олефинирования с илидом (15), генерированным из трифенилфосфоние-вой соли 1-бромгексана с применением гексаметилдисилазида натрия в бензоле. При этом суммарный выход олефина (7) в расчете на диол (4) составил более 50%.

ОИ

НО

4 R=H

1 I К=Тг

9 Я1=Вг, Я2=Н

а, Ь

/ОТг

НО

ВгО

НО

с. с1. е

I, к

НО

Реагенты и условия: а) 1.15 экв. ТгС1. Ру.

48 ч. 87%: Ь) (/-Ви),А1Н.

СН2С12, - 78 "С, 1 ч; с) 4 экв. [РНзР=СНС5Н,,-п) Ш). РЬН. 20 "С. 3 ч. 58% (Ь.с); <1) 1.5 экв. ВгС1, Ру, 0 °С, 45 мин.; е) Ас0Н:ТНР:Н20 (7:1:1), Д. 2 ч, 66% (с1.е); 0 СгОг2Ру СН2С12, 0 "С, 15 мин.; 1.15 экв. (Ме0)2Р0СН2С0(СН2)3С02Ме (16), ЫаОН, СН2С12 20 °С, 20 мин., 56% (ед; Ь) 4.5 экв. ЫаВН„, ЕЮН, 0 °С, 30 мин., 91%; ¡) 5 экв. КОН МеОН, 20 °С, 48 ч; к) БЮг, 85% (¡,к).

20 °С.

Отметим, что в ходе реакции Виттига наряду с целевым олефином (7) образуется и 5-7% соответствующего транс-изомера. Далее блокировка свободных ок-сифункций олефина (2) бензоатной защитной группой и кислотный гидролиз тритильного остатка в (8) привели к первичному спирту (9). который после окисления реагентом Коллинза и конденсации альдегида (10) с фосфонато.м (16) по Эммонсу-Хорнеру дал с общим выходом 46% енон (11). Фосфонат (16) получили реакцией эквимолярных количеств литиипроизводного диметилме-тнлфосфоната с диметиловым эфиром глутаровой кислоты при - 78 °С. Завершающие стадии синтеза протекали практически без потерь и включали стандартные операции восстановления кетофункшш енона (Ц) 1\аВН4 с последующим щелочным гидролизом сложноэфирных групп соединения (12). а также разделения 15а- и 15Р-эпимерных спиртов (Ц) и (14) соответственно колоночной хроматографией на БЮ;. На стадии боргидридного восстановления в ЕЮН происходила частичная пере-этерификация метилового эфира (12) в этиловый.

Заложенный на стадии раннего олефинирования (соединение 7) стерео-изомерный состав в ходе превращений практически оставался неизменным и ни для одного из промежуточных и конечных соединений, приведенных на схеме 3, не удалось подобрать приемлемых условий хроматографического разделения методом ВЭЖХ. В итоге, каждый из аналогов простагландинов (Ц) и (14) содержал - 5-7% соответствующего 5Е-изомера. Структуры (Ц) и (14) хорошо согласуются с их спектральными данными.

Оптически активный 9-Ш РСР2о (27) и его 15Р-эпимер (28) синтезировали, используя в качестве исходного (-)-диол (4) (схема 4). Гидроксильные группы диола (4) дифференцированно блокировали вначале /ярет-бутилдиметил-силильной (ТВОМЗ) и затем тетрагпдропиранилыгой (ТНР) защитными группами. Лактол (19) получили восстановлением соединения (18) (;'-Ви)2А1Н и олефинировали по Вигтигу илидом, генерированным из трифгнилфосфониевой соли 1-бромгексана. Блокировка свободной оксифуншии олефина (20) бензоатной защитной группой и селективный гидролиз ТВОМ5-защиты соединения (21) с помощью ВщМ7 привели к первичному спирту (22). Окисление последнего реагентом Коллинза и конденсация альдегида (23) с фосфонатом (16) по Эммонсу-Хорнеру дало с общим выходом 68% енон (24). После восстановления кетооункции енона (24) ЫаВН(, разделения а- и р-эпимерных спиртов (25) и

(26) с помощью колоночной хроматографии на 5Юг, исчерпывающего кислотного и далее щелочного гидролиза защитных групп (25) и (26) были получены целевые простаноиды (27) и (28). На последнем этапе превращений следует обратить внимание на необходимость разделения Сь-эпимеров простаноидов на стадии предшественников (25) и (26). Это вызвано тем, что диастереомеры (25) и (26) имеют заметно большее по сравнению с конечными простагландинами

(27) и (28) значения и легко разделяются на БЮг- Кроме того, в ходе разделения непосредственно смеси соединений (27+28) имеет место образование ощутимых количеств нежелательных продуктов у-лактонизации (29). При отнесении эпимерных спиртов (27) и (28) к 15а- и 15Р- конфигурационным рядам

исходили из известного критерия подвижности С -эпимерных PG на силикаге-ле и более полярному на Si02 диастереомеру (27) приписхли 15S-конфигурацию.

Схема 4

4_R1=H, R2=H 17 R1=H, R2=TBDMS IS R1=THP, R2=TBDMS

BzO

THPO

BzO

20 R -THP. R -TBDMS. R -H

21 R1=THP. R2=TBDMS, R3=Bz

22 R1=THP, R2=H, R3=BZ

U

THPб CH0 23 BzO

thp6

24 BzO

Реагенты и условия: a) 1.1 экв. TBDMSC1. Im, DMF, -78 °C. 0 °C, 1 4. 84°/o: b) 1.3 экв. DHP, CH2C12, 0 °C, 92%; c) (/-Bu)2AIH, CH3C12, -78 °C, 1 ч; d) 4 экв. [Ph3P=CHC5H,rn] (li), PhH, 20 °C. 3 ч, 58% (c,d); e) 1.5 экв. BzCl. Py. 0 °C. 45 мин.. 81%; f) 1 экв. (n-Bu)4NF. THF. 20 °C. 2 ч, 81%; g) CrO:.-2Py. CH2C12. 0 °C. ¡5 мин.; h) 1.15 экв. (Me0)2P0CH2C0(CH2)3C02Me (16), NaOH, CH2C12. 20 20 мин.. 56% (g,h); i) 4.5 экв. NaBH4, EtOH, 0 °C. 30 мин., 89%; j) Si02; k) Ac0H:THF;H20 (2:3; 1), 45 "C, 2 ч; 1) КОН, MeOH, 20 °C, 48 ч, 63% (k.,1).

1.2. Синтез (+)-2-декарбокси-2-метнл-20-нор-19-карбокси-простагланднна Р2и

Часть работы посвящена конструированию нового 9-ЬО РОР2а, количества углеродных атомов в а- и (о-цепях которого соответствуют таковым в природных РО. Для этого а-цепь 9-1_0 РОР^, (27) укорачиваем на СН;-группу. одновременно включая в со-цепь одно метиленовое звено - в итоге приходим к брутто-изомерной природному РОР2а структуре (30).

РОИт

ОрН

НО

30

В синтезе (30) (схема 5) неходили из оптически активного диола (4). Предварительно были получены фосфорсодержащие блок-синтоны: трифенил-фосфониевая соль 1-бромпентана и фосфонат (43). Для блокировки свободных оксифункций диола (4) применяли бензоильную и тритильную защитные группы. Синтез (30) и его эпимера (39) осуществили по аналогичной для 9-1.0 РОР2п схеме.

4Н=Н 31 Я=Тг

а. Ь

Схема 5

с, б. е

НО

Я10

33 Я^Н, РГ=Тг

34 Я2=Тг

35 Я1=В2, Я2=Н

ВгО

ВгО' сн° 36

Bzp Bzp

R=H (30, 42%), Na (40) R=H (39, 45%), Na (41)

Реагенты и условия: а) 1.15 экв. TrCl. Ру. 20 °С. 48 ч. 87%; b) (/-BufcAIH. СН2СЬ. -78 °С. 1 ч: с) 4 экв. [Ph3P=CHC4Hq-nj (42). PhH. 20 "С, 3 ч. 68% (b.c): d) 1.5 экв. BzCl. Ру. О °С. 45 мин.; е) Ac0H:THF:H,0 (7:1:1). Д. 2 ч. 55% (d.e); О СгО?-2Р>. СН2С12. О 6С, 15 мин.; gl 1.15 экв. (Me0)2P0CH,C0(CH2)4C02Et (¿2), NaOH. CH2Ck 20 flC. 20 мин.. 55% (f.g); h) 4.5 экв. NaBH4. EtOH, 0 °C. 30 мин.. 95%; i) 5 экв. КОН. MeOH. 20 °C. 48 ч; k) Si02. 85% (i.k).

1.3. Синтез (±)-2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбокси-иростагландина Ej

Для выхода к 9-LO простагландину Е,, как и в предыдущих подходах к F-типа 9-LO PG, исходили из диола (4) (схема 6). После селективной защиты первичной гидроксильной группы в виде треот-бутилдиметилсилилового эфира катализируемой TsOH блокировкой вторичной группы ОН соединения Ц7) ди-гидропираном в растворе СН2СЬ с высоким выходом получили разнотипно блокированный лактондиол (18). Восстановление (18) (/-Ви)2А1Н, олефиниро-вание лактола (19) по Виттигу, блокировка гидроксильной группы (20) бензо-атной защитой и последующее гидрирование олефина (21) над Pd/C привели к соединению (44)- Дальнейшие стадии включали: селективный гидролиз трет-бутилдиметилсилильной защитной группы (44), окисление спирта (45") реагентом Коллинза, олефинирование альдегида (46) по Эммонсу-Хорнеру с участием фосфоната (16). восстановление енона (47) NaBH4; С15-диастереомеры (48) разделили колоночной хроматографией на Si02. Далее, защита 15-оксифункции 15а-(48) дигидропираном и щелочное омыление (49) дало оксикислоту (50). Окисление последней реагентом Джонса и снятие защитных групп привели к целевому 9-LO PGE, (¿1)-

и1 о

а, Ь, с

Я

оя0

1я1=н, н2=и

ТНРО

ОТВЫв

г7н1=н, я2=твомэ 19

]8 я1=тнр, я2=твомб ВгО

тнро к

44 я^снготвомэ

45я=сн2он

46 я=сно вго ~

20 я =тнр, я^твомб. я"=н 31 я1=тнр, я2=твом5, я3=вг

вго

тнро

тнро

тнро

тнро

^ОгМе

49

отнр

т, п

50

отнр

02н

Реагенты и условия: а) 1.1 экв. ТВОМБСК 1ш. ПМБ.-78 °С, 0 °С. 1 ч. 84%: Ь) 1.3 'кв. ШР, СН2С!2, 0 "с, 92%: с) (/-Ви),А1Н, СН2С12, -78 °С, 1 ч: <1) 4 экв. РЬзР=СНС5Н1Гп] (15), РЬН. 20 °С, 3 ч, 58% (Ы); е) 1.5 экв. ВгС1. Ру. 0 °С. 45 мин.. ?1%; 0 0.1 экв. Рс1/С, Н2, ЕЮН. 20 "С, 2 ч, 100%; g) 1 экв. (п-Ви)„№. ТНР. 20 °С. 2 ч. 52%; Ь) СЮ3-2Ру, СН2С12. 0 °С, 15 мин.; ¡) 1.15 экв. (МеО)2РОСН2СО(СН,):СОД1е 16). №ОН, СН2С12, 20 °С, 20 мин.. 67% .¡) 4.5 экв. №ВН4, ЕЮН. 0 °С. 30 мин.. >1%: к) 3102; 1) ЫаОН, Ме0Н:Н20 (1:1), 20 °С, 48 ч: ш) Н2Сг04, Ме2СО. -20 °С. 30 шн.; п) Ас0Н:ТНР:Н20 (2:3:1), 45 °С, 2 ч, 27% (1,т,п).

1.2. Синтетические подходы к 9-LO PGE, на основе гексахлорциклопсн-тадиена (ГХЦПД)

Определенные трудности выхода к Е-типа 9-LO PG по ранее обсужденной линейной схеме на основе лактондиола (4) (многостадийность необходимость работы с защитными грулпадш и хроматографическон очисткт промежуточных соединений, низкий общий выход конечного продукта) стимулировали проведение поисковых синтетических исследований, направленны? на создание более практичных конвергентных подходов к 9-LO PGE,. Каь известно, Е-типа PG могут быть легко трансформированы в PGF и простацик лины. Поэтому разработка эффективного и простого пути синтеза 9-LO PGF -это решение проблем доступности всех основных представителей данногс класса соединений.

Ниже приведена ретросхема запланированного "купратного" подхода i 9-LO PGE (схема 7). Сама идея подхода не нова, поскольку путь синтез; классических PG сопряженным 1,4-присоединением винилкупратных чквива лентов нижней (а) цепи к циклопентенонам с боковой (а) цепыо хорошо извес тен. Определяющим оригинальность "элементом" подхода являете: использование доступного из гексахлорциклопентадиена бис-кеталя (56) !

Схема 7

'С02Н

OR

53

R Ô

R30'

ГО

Cl^/^OMe ОМе

синтезе ключевых еиоиов (54) и (¿5). Отметим, что в "купратных подходах" к классическим Рй синтетически наиболее труднодоступными представляются соответствующие б)-карбоксиалкил(алкенил)циклопентеноны (55). Очевидно, в случае разработки практичного варианта трансформирования (56) в (54), схема может быть адаптирована и для синтеза циклопентенонов (55). Эта часть исследования носит в определенной мере поисковый характер и направлена па выяснение принципиальной возможности реализации перехода 56->54.

Как видно из структуры, соединение (56) стерически загруженный муль-тидентный реактант, представляюший интерес не только как потенциальное исходное для (55). не и также с позиций реакционной способности и селективности превращений подобных систем. Основными задачами начального этапа явились разработка условий хемоселективного деблокирования одной из оксо-функций и региоселективного восстановительного дехлорирования (¿6).

Относительно апробированных реакций восстановительного дехлорирования (56) отметим, что лишь применением наиболее жесткого реагента I ¡АН1. в кипящем ТГФ удалось получить продукт монодехлорирования (571. регио-пзомер (58) образуется в количестве, не превышающем 5-10 % (Я\ Н). Наблюдаемую высокую региоселективность реакции при прочих практически соизмеримых стерических и электронных эффектах этиленкетальной и диметок-сиацетальной групп в (56) мы связываем с лучшими, по сравнению с диметок-сигруппой, координирующими для 1ЛА1Н., свойствами циклической 1,4-диокхолановой функции (бидентантный лиганд) и осуществлением реакции через циклическое переходное состояние А по Ас1>,Е механизму (присоединение водорода к двойной связи и последующее отщепление С1).

Схема 8

А

Реагенты и условия: а) 1лА!Н4, ТОТ. Д, 2 ч, 90%; Ь) 15% НС1-Ме2СО (2:1). 20 °С, 2 ч, 80%.

Проблема дифференциации оксофункций (56) была решена достаточно просто. Мы показали, что выдерживание (¿6) в среде 15 °-о HCl-MeiCO (2:1 ) при 20 иС в течение 2 часов позволяет получить монокеталь (¿9) с выходом более 80 %. Аналогичная реакция (57) также гладко приводит к енону (60). Цик-лопентеноны (59) и (60) весьма реакционноспособны. в особенности чрезвычайно подвижен атом С1 при Сь соединения (59) (схема 8).

Боргидридное восстановление (59) протекает стереоселективно с образованием исключительно цис-хлоргидрина (61) вследствие реализации стериче-ского контроля атомом С1 при С' направления атаки нуклеофила. Цнс-взаиморасположение атома С1 и группы ОН в (61) следует из данных спектра ЯМР 'Н, содержащего характеристичный дублетный сигнал СЧН при 4.4 м.д. с J.4 9 5.6 Гц (для сравнения: полученный из (61) в условиях жесткого кислотного гидролиза кетоенол (62) имеет транс-ориентированные заместители с ? 2.4 Гц) (схема 9).

Схема 9

^ C4VCI

НО \н

62

Реагенты и условия: а) NaBH4. EtOH, 0 °С, 1 ч, 92%: b) 15% HCl. АсОН. Д, 4 ч, 64 %.

Трихлорциклопентенон (¿9), содержащий активированную двумя атомами С1 еноновую систему, С'-кетальную функцию и атом С1 при С4, является уникальным мультиреакционноспособным соединением, которое мы запланировали использовать в качестве акцептора Михаэля в реакции катализируемого солями Си сопряженного 1,4-присоединения п-октилмагнийбромида. При этом, однако, следовало иметь в виду и то, что в основных средах реакций (59) с С-нуклеофилами возможно блокирование пути сопряженного 1,4-присоединиения вследствии енолизации с образованием (63), или даже если ожидаемый карба-нион (64) будет генерироваться, его поведение непредсказуемо. Он может стабилизироваться выбросом атома С1 при С6 по Ас^Е механизму, так и иными путями: фрагментацией с разрывом связи С7-С8, или через интермедиат Фаворского (65), приводя к соответствующим продуктам сужения цикла (схема 10).

59

Ыи"

Поэтому вначале были изучены некоторые типовые реакции (59) с простейшими гетеронуклеофилами. Показали, что реакции (59) с МеСМа в МеОН, имидазолом и ЕьИН в бензоле, а также РЬ5№ в МеОН протекают без осложнений, приводя с высокими выходами к соединениям (66-69). Общим для изученных реакций является строго региоселективное замещение атома С! при С" -даже жесткий нуклеофил МеОИа в МеОН не вызвал расщепления кольца иик-лопентенона (59).

С1 С1

68 69

Убедившись, что трихлорциклопентенон (59) взаимодействует с гетеронуклеофилами с образованием ожидаемых продуктов, мы приступили к изучению его модельных реакций с простейшим С-нуклеофилом - диметилдилитий-цианокупратом. Реакцию (59) с 2.5 экв. Ме2Си(СК)ЬЬ проводили в Е120 при -78 °С до полного израсходования исходного соединения (ТСХ, - 1 час). После обработки реакционной массы и очистки остатка на 510 2 получили в качестве основного продукта 6-метилциклопентенон (70), однако при этом было замечено и образование более полярных минорных соединений. Контроль по ТСХ хода реакции показало преимущественное "появление" этих веществ на этапе стандартной обработки реакционной массы. Повторный опыт - смешение реак-тантов в тех же пропорциях при -78 °С, быстрый 5 мин) подъем температуры до -20 °С и обработка ЫР^СКНзО - позволил выделить с выходом 60% смесь двух основных ациклических кислот (71) и (72), идентифицированных в виде метиловых эфиров (72, 74) (схема 11).

С!

до21ч

Ме о 70

О

59

Д В=Н 73 и^снз

Х^с! о о

72 Р=Н 74 Я=СН3

Реагенты и условия: а) Ме2СиСКЬ»2. Е120. -78 "С, I ч. 45%;

Ь) Ме2СиСКЫ2, ЕьО, -78 "С, 5 мин., затем КН4С1, -20 "С. 30 мин.. 60%.

Отметим, что выдерживание (59) в водноэфирных растворах 1_ЮН-СиС\ и ЬЮН-Н20-ЫН4С1 неизменно приводили к сложным смесям трудноразделимых веществ. Таким образом, хотя нам не удалось "смоделировать" побочный процесс, но тем не менее было ясно, что купратнын реагент принимает участие в реакции циклораскрытия (¿9), инициируя её.

Возможный механизм образования ациклических кислот из (59) состоит в том, что первичная координация имеющего основной характер Си-реагента происходит не вдоль двойной связи (59) (нет переноса Ме-группы!), а с участием наиболее подвижного атома С) при С6 - это способствует дополнительной активации карбонильной функции в (75) и становится возможной её атака присутствующими в среде нуклеофилами (ОН, С1 или С№) с образованием промежуточного аниона (76). который стабилизируется по направлениям а и Ь (схема 12).

Схема 12

71

•Си Хп

- С1Си1_п

72

Очевидно, вышеобсужденная побочная реакция циклораскрытия (70) в условиях "купратного" синтеза не могла протекать в случае использования соответствующего С9-дехлорированного синтона.

Для парциального дехлорирования (59) мы апробировали ряд реагентов и установили, что водные растворы СгС12 позволяют с выходами более 80% осуществить селективное монодехлорирование (59) в (77) (схема 13). Известно, чтс СгС12 в безводных условиях легко образует с аллил-, пропаргил-, этинил- и ал-

кенилгалоидпроизводными, а также с алкенилтрифлатами и аллилфосфатами соответствующие хромШПорганические нуклеофильные интермедиаты. которые, аналогично реагентам Барбье-Гриньяра, in situ гладко реагирует по схеме 1.2-присоединения с альдегидами и кетонами. Эти превращения, осуществляемые в мягких условиях и отличающиеся высокой хемоселективностыо. находя! широкое применение в органическом синтезе. Судя по продуктам реакции, в изученной нами реакции дехлорирования трихлорииклопентенона (59) также имеет место селективное окислительное внедрение СгС1:по С9-С1 связи и образование Сч-Сг(Ш)ингермедиата, который в протонсодержаших средах (Н;0) быстро расщепляется, давая продукт восстановительного дехлорирования (77). Примечательно то, что наиболее активированный и «подвижный» атом С! при С" соединения остается инертным к действию данного восстановителя.

Далее мы изучили реакцию сопряженного 1,4-присоединения куиратно-го реагента на основе п-СаНпК-^Вг к енону (77). Реакция протекала "чисто" и гладко, приводя к продукту Ас^Е-типа замещения (78). Восстановление кето-функции (78) ЫаВЬЦ и далее кислотная обработка позволили с суммарным выходом 87% получить гидроксиенон (79). Однако наши попытки восстановительного удаления винильного атома С1 (79) цинком в метаноле привели неожиданно к продукту одновременного отщепления гидроксигруппы (80). В то же время, изменение последовательности обработки (78) восстановителями, т.е. проведение вначале реакции (78) с Zn-MeOH и затем восстановление полукета-ля (81) №ВН< с последующим подкислением реакционной массы привели к целевому 4-гидроксиенону (82). Тем самым, можно констатировать о разработке нами оригинального и практичного пути синтеза енона (82) из гексахлорцикло-пентадиена (схема 14).

Схема 13

0

59

77

О

О

9

С!

а

С1

О

п-С8Н17 О^) 78

I б

Ь, с

Н|

-СвН17-п

С1

вН-17-П

77

79

80

п-С8Н-,,

НО

:вН17-П

ОМе

81

82

Реагенты и условия: а) п-С8Н17МаВг. Си2СЬ. ТИР. -10 °С. 0.5 ч. 44%: Ь)

ЫаВН4. ЕЮН. 0 °С, 1ч: с) ЛсОН. 87% (Ь.с): с1) ¿п. МеОН. 20 °С, 53%.

В русле данного направления нами также разработан альтернативный купратному вариант введения ненасыщенных боковых заместителей к цикло-пентенонам (59) и (77).

Учитывая склонности (59) и (77) вступать в реакции замещения виниль-ного атома С1 при С6 с разнотипными N. О и Б-нуклеофиламн, мы синтезировали соответствующие виниловые эфиры аллилового и пропаргилового спиртов и испытали их в условиях термической перегруппировки Кляйзена. При экспериментальной проверке эфиры (83-85) образовывались с хорошими выходами (схема 15).

Механизм данного тандемного процесса очевиден: хлорциклопентеноны (59. 77) реагируют с анионами аллилового и пропаргилового спиртов по схеме сопряженного 1,4-присоединения, образующиеся промежуточные еноляты Михаэля стабилизируются путем выброса С1 при С6, (Аё^Емеханизм). тем самым и обеспечивается эффективный одностадийный выход к аллилвиниловым эфирам (83-85). Термическая перегруппировка Кляйзена эсриров (83-£5) протекает при кипячении их растворов в толуоле с одновременным раскрытием диоксолано-вого цикла и дегидрированием, давая с выходами более 70% соединения 88).

59 R=CI 77 R=H

85

88

Реагенты и условия: a) H2C=CH-CH3ONa. THF. 20 °С. 30 мин.. b) HCsC-CH2ONa. THF, 20 °С. 30 мин.. 84%: с) PhMe. 4. 6 ч. 70%.

1.3. Биологические свойства 9-LO простаноидов

Исследование биологической активности синтезированных (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбоксипростагландина F2a (30) и его 15Р-эпимера (39) проведено в лаборатории новых лекарственных средств ИОХ УНЦ РАН.

НО

он

■'\_АА

он 30

laf0°+19,30 LDso 300 мкг/кг (в/в, мыши)

Утеротоническая акт - С1орг.

Лютеолитическая акт.- С1орг.

Противоязвенная акт. +

Противовосп. акт. +

Диаррея

Гипертеиз.акт.

Нервная система

(±)-Cloprostenol

LDso 13 мкг/кг (в/в, мыши)

НО

■Л-АА,

со2н

он PGF2o

LD50 26,5 мкг/кг (в/в, мыши)

Выше приведены сравнительные с применяемым на практике Рй клопро-стенолом результаты биотестирования соединения (30). Р-типа Рв (РСР2и, кло-простенол и др.) используются в ветеринарии (синхронизация охоты, трансплантация эмбрионов и др.) и гинекологии (родовспоможение и аборты). Определяющие этот профиль использования виды активности РО - утеротоническая и лютеолитическая, причем, клопростенол более чем в 50 раз активнее РОР2и. Как видно, новый аналог 9-ЬО РСР2и (30) по активности соизмерим с клопростенолом, малотоксичен и не вызывает побочных эффектов, характерных для Рв (Хим.-фарм. журнал. 1996. 22). Исследования в этом па-правлении затрагивают фундаментальные аспекты простагландинологии и открывают новые перспективы для практики.

ВЫВОДЫ

1. Обоснован гипотетически возможный 9-липоксициклооксигеназный(Ш) вариант окислительных трансформаций арахидоновой кислоты и исходя из базисных (±)- и (-)-7а-гидрокси-бр-гидроксиметил-цис-2-оксаб1щикло[3.3.0]-октан-3-онов синтезированы следующие представители ожидаемых "9-ЬО простая оидов":

- (+)-2-декарбокси-2-этил-19.20-динор-18-карбоксипростагландин Р2<1;

- (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбоксипростагландин Р2и;

- (±)-2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбоксипростагландин Р2ц;

- (±)-2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбоксипростагландин Е|.

2. Разработана оригинальная схема трансформирования гексахлорцикло-пентадиена в 4-гидрокси-2-н-октилциклопент-2-ен-1-он - важный синтетический блок в реализации запланированного конвергентного "купратного подхода" к Е-типа 9-ЬО простаноидам.

В ходе выполнения проекта предложены хемоселективные методы восстановительного С6-дехлорирования 8,8-диметокси-6,7.9-трихлор-1,4-диокса-спиро[4.4]нон-6-ена с помощью ЫАП-Ц, С9-дехлорирования 1,4-диокса-6,7,9-трихлорспиро[4.4]-нон-6-ен-8-она с использованием дихлорида хрома(П) и селективного кислотного деблокирования диметилкетальных функций 6,7,9-трихлор- и 7,9-дихлор-8,8-диметокси-1,4-диоксаспиро[4.4]нон-6-енов с получением 6,7,9-трихлор- и 7,9-дихлор-1,4-диоксаспиро[4.4]нон-6-ен-8-онов.

3. Обнаружена нетривиальная реакция расщепления 1,4-диокса-6,7,9-трихлорспиро[4.4]нон-6-ен-8-она в условиях купратного синтеза с образованием ациклических 2,4,5-(2)-трихлор-3,3-этилендиоксипент-4-еновой и 2,5-дихлор-3,3-этилендиоксипент-4-иновой кислот.

4. Продемонстрирован новый вариант построения структур аллил-(пропаргил)виниловых эфиров, основанный на реакциях 6,7,9-трихлор- и 6,7-дихлор-1,4-диоксаспиро[4.4]нон-6-ен-8-онов с натриевыми алкоголятами алли-

лового и пропаргилового спиртов. Полученные 6-аллилокси(пропинилокси|-циклопентеноны гладко образуют продукты термической [3.3]-сигматропной перегруппировки - 5-аллнл(алленил)-2-(2-гидроксиэтилокси)-5-хлорцикло-пент-2-ен-) ,4-дионы.

1. Сравнительным с клопростенолом изучением утеростимулируюших и лютеомодулируюших свойств (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбокси-простагландина F2a и его lSß-эпимера показано, что новые 9-LO PGF2tl по активности соизмеримы с клопростенолом, малотоксичны, не вызывают характерных для PG побочных эффектов и перспективны для создания препаратов, воздействующих на репродуктивную систему.

Основное содержание работы изложено в публикациях:

1. Имаева Л.Р., Ахметвалеев P.P. Синтез (±)-2-декарбокси-2-этил-16-нор-20-карбоксипростагландина F2a // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции "Научное и экологическое обеспечение современных технологий". - Уфа. - 1994. - С. 97-98,

2. Мифтахов М.С., Ахметвалеев P.P., Имаева Л.Р., Востриков Н.С., Саитова М.Ю., Зарудий Ф.С., Толстиков Г.А. Синтез и свойства (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбоксипростагландина F2a и его 15-р-эпимера. // Хим.-фарм. ж. - 1996.-№.8.-С. 22-27.

3. Ахметвалеев P.P., Имаева Л.Р., Мифтахов М.С. Инициируемая диметилдили-тийцианокупратом необычная фрагментация (±)-2,3,5-трихлор-4,4-этилендиоксициклопент-2-ен-1-она. // ЖОрХ. - 1996. - Т.32. - Вып.10. - С. 1598.

4. Антипина О.В., Имаева Л.Р., Ахметвалеев P.P. Синтез 20-нор-19-карбоксипростагландина F2a. Н Тезисы докладов Юбилейной научно-технической конференции Уфимского технологического института сервиса ГАСБУ. -Уфа. -1996. - С. 92.

5. Мифтахов М.С., Имаева Л.Р., Фатыхов А.А, Ахметвалеев P.P. Простаноиды. LXVI. A proiri постулированные "9-LO" простаноиды. // ЖОрХ. - 1997. - ТЛ. -Вып.1.-С. 58-64.

6. Ахметвалеев P.P., Имаева Л.Р., Мифтахов М.С. Простаноиды. LXVIIl. Новые хлорированные циклопентеноны из гексахлорциклопентадиена. // ЖОрХ. -1997. -Т.ЗЗ. - Вып.9. - С. 1342-1344.

7. Ахметвалеев P.P., Имаева Л.Р., Белогаева Т.А., Мифтахов М.С. Дихлорид хрома (II) как высокоселективный С(5)-дехлорирующий реагент для функцио-нализированных 2,3,5-трихлорциклопент-2-ен-1-онов. // Изв. АН. Сер. хим. -1997,-№9.-С. 1699-1701.

8. Ахметвалеев P.P., Иванова H.A., Имаева Л.Р., Белогаева Т.А., Шайнурова A.M., Мифтахов М.С. (±)-2,3,5-Трихлор-4,4-этилендиоксициклопент-2-ен-1-он и его 5-аллилзамещенное в реакциях сопряженного 1,4-присоединения с

диметилдилитийцианокупратом. // Изв. АН. Сер. хим. - 1997. - №11. - С. 1990-¡994.

9. Ахметвалеев P.P., Имаева Л.Р., Белогаева Т.А., Мифтахов М.С. Новый вариант построения аллил(лропаргил)виниловых эфнров и их перегрулировка в 5-аллил(алленил)-2-(2-гидроксиэтокси)-5-хлорцнклопент-2-ен-1,4-дионы. // Изв. АН. Сер. хим. - 1997. -№11. - С. 2067-2068.

10. Имаева Л.Р., Ахметвалеев P.P. Подходы к синтезу синтона для 9-LO про-стагландина Ei на основе гексахлорциклопентадиена. II Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции "Бполого-химические науки в высшей школе. Проблемы и решения". - Бирск. - 1998. - С. 58-59.

Соискатель

Имаева Л.Р.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УФИМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ИМАЕВА ЛИЛИЯ РАДИКОВНА

УДК 547.475.53+547.915

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ A PRIORI ПОСТУЛИРОВАННЫХ "9-LO ПРОСТАНОИДОВ"

02.00.03 - Органическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научные руководители: доктор химических наук, профессор МИФТАХОВ М.С. кандидат химических наук, старший научный сотрудник АХМЕТВАЛЕЕВ P.P.

Уфа-1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................5

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Окислительные превращения полиненасыщенных жирных кислот

1.1. История и номенклатура простаноидов....................................7

1.2. Биосинтез полиненасыщеных жирных кислот..........................10

1.3. Роль свободно-радикальных реакций в живых организмах..........13

1.3.1. Неферментативные реакции окисления полиненасыщенных жирных кислот.................................................................15

1.3.2. Ферментативное окисление арахидоновой кислоты....................26

1.3.3. Биосинтез морских простаноидов..........................................38

1.4. Метаболизм простагландинов..............................................41

1.5. Физиологическая роль и биологическая активность простаноидов...................................................................43

Глава 2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ..........................................48

2.1. Новые 9-ЬО простагландины Р2а, Е1 и аналоги

2.1.1. Синтез рацемического и оптически активного 2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбокси-простагландина Р2а............................................................54

2.1.2. Синтез (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбокси-простагландина Г2а............................................................59

2.1.3. Синтез (±)-2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбокси-простагландина Е1............................................................61

2.2. Синтетические подходы к 9-ЬО РвЕ 1 на основе гексахлорциклопентадиена..................................................63

2.3. Биологическая активность синтезированных аналогов ПГ...........73

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. К разделу 2.1. Новые 9-LO простагландины F2a, Е, и аналоги

3.1.1. К разделу 2.1.1. Синтез рацемического и оптически активного 2-декарбокси-2-этил-19,20-динор-18-карбокси-простагландина F2a............................................................75

3.1.2. К разделу 2.1.2. Синтез (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-

19-карбокси-простагландина F2a...........................................87

3.1.3. К разделу 2.1.3. Синтез (±)-2-декарбокси-2-этил-

19,20-динор-18-карбоксипростагландина Ei.............................90

3.2. К разделу 2.2. Синтетические подходы к 9-LO PGE!

на основе гексахлорциклопентадиена.....................................94

ВЫВОДЫ.....................................................................................105

ЛИТЕРАТУРА...............................................................................107

ПРИЛОЖЕНИЕ..............................................................................125

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АА арахидоновая кислота

вэжх высокоэффективная жидкостная хроматография

гхцпд гексахлорциклопентадиен

жк жирная кислота

КоА кофактор А

НАДФН никотинамидадениндинуклеотид фосфат восстановленный

Рв простагландин

пнжк полиненасыщенная жирная кислота

РС12 простациклин

тех тонкослойная хроматография

тх тромбоксан

ьт лейкотриен

ьх липоксин

нх гепоксилин

НрЕТЕ гидропероксиэйкозотетраеновая кислота

НЕТЕ гидроксиэйкозотетраеновая кислота

РС преклавулон

эжк эссенциальная жирная кислота

ВВЕДЕНИЕ

Простаноиды (PG) - полиоксигенерированные метаболиты эйкозаполие-новых жирных кислот. Они обнаружены практически во всех органах и тканях млекопитающих и обладают чрезвычайно широким спектром физиологического действия. Достигнут значительный прогресс в понимании их физиологической роли, на основе PG и модификатов созданы эффективные препараты для медицины и ветеринарии.

Основная цель данной работы - полный химический синтез ряда представителей a priori постулированных новых простаноидов, ожидаемых согласно гипотетически возможному 9-липоксициклооксигеназному (9-LO) варианту окисления арахидоновой кислоты (АА) и изучение их биологических свойств.

В литературном обзоре рассмотрены реакции окислительных превращений полиненасыщенных жирных кислот, дальнейший метаболизм образующихся продуктов, физиологическая роль и биологические свойства простаноидов.

В осуществленных нами синтетических подходах к "9-LO простанои-дам" следует выделить основные результаты и химические превращения, представляющие научный и практический интерес:

- разработаны схемы синтеза Е и F-типа "9-LO простаноидов", исходящие из (±)- и (-)-7а-гидрокси-бР-гидроксиметил-цис-2-оксабицикло[3.3.0]октан-3-онов;

- предложен оригинальный путь трансформирования легкодоступного (±)-8,8-диметокси-1,4-диокса-6,7,9-трихлорспиро[4.4]нон-6-ена в ключевой в "купрат-ном" подходе блок - 4-гидрокси-2-п-октилциклопент-2-ен-1-он;

- открыта аномальная реакция расщепления (±)-1,4-диокса-6,7,9-трихлор-спиро[4.4]нон-6-ен-8-она с диметидилитийцианокупратом, приводящая к ациклическим кислотам;

- на примере (±)-6,7,9-трихлор- и 7,9-дихлор-1,4-диоксаспиро[4.4]нон-6-ен-8-онов предложен новый вариант построения структур соответствующих

аллил(пропаргил)-виниловых эфиров. Термическая перегруппировка Кляйзена последних сопровождается циклораскрытием диоксоланового кольца и образованием 5-аллил(алленил)-2-(2-гидроксиэтилокси)-5-хлорциклопент-2-ен-1,4-ди-онов;

- биологическими испытаниями установлены высокие утеротропные и лютео-литические свойства (+)-2-декарбокси-2-метил-20-нор-19-карбокси-проста-гландина Р2а и его 15|3-эпимера.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института органической химии УНЦ РАН по теме: "Синтез и исследование модифицированных простаноидов и родственных низкомолекулярных биорегуляторов" (№ гос. регистрации 01.9.04 003077).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на Республиканской научно-технической конференции "Научное и экологическое обеспечение современных технологий" (Уфа, 1994 г.), Юбилейной научно-технической конференции Уфимского технологического института сервиса ГАСБУ (Уфа, 1996 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Биолого-химические науки в высшей школе. Проблемы и решения" (Бирск, 1998 г.)

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Окислительные превращения полиненасыщенных жирных кислот

1.1. История и номенклатура простаноидов

Необычные свойства семенной жидкости человека и семенной плазмы снижать кровяное давление и стимулировать сокращение гладкой мускулатуры in vitro, были обнаружены в начале 30-х гг. независимо друг от друга М.Голдблатом в Англии и У.Эйлером в Швеции [1-4]. Эйлер исследовал химические и фармакологические свойства активного экстракта, выделенного из семенной жидкости. Он установил, что эти соединения относятся к классу липи-дов и дал им тривиальное название "простагландины" (PG) [5,6] (от латинского наименования органа предстательной железы "Prostate gland", где, по предположению Эйлера, эти вещества вырабатывались).

В 1957 г. Бёргстрем и Шьёваль [7,8] выделили несколько миллиграммов индивидуального PGE! в кристаллическом состоянии. Те соединения, которые экстрагировались из высушенных в вакууме везикулярных желез фосфатным буфером отнесены ими к простагландинам F-типа (по первой букве в названии буфера), а выделенные из эфирных экстрактов - к Е-типа. Успешное выделение и установление структуры первичных PG (Е, Fb F2) [10], а также всестороннее изучение их биологических свойств позволили констатировать об открытии важного класса внутриклеточных биорегуляторов гормонов организма.

Вскоре был осуществлен ферментативный синтез PGE2 из арахидоновой кислоты [11,12], а в 1969 г. найден новый природный источник PG - горгоние-вый коралл Plexaura homomalla, содержащий в значительных количествах ацетат метилового эфира простагландина А2 [13]. Несколько позже Хамберг и Са-муэльсон обнаружили лабильные эндоперекиси простагландинов PGG2 и PGH2 [14-16], которые оказались ключевыми интермедиатами в биосинтезе PG. Важным этапом в исследованиях PG явилось открытие Вейном и Самуэльсоном

^х/=ХА/со2Н

с=А=ЛЛ/

Арахидоновая кислота (АА)

О О

У Да

АЛЛ/

со2н

■■'"\М/С0'Н

Тромбановая кислота

Простановая кислота

РвА РвВ

Да

О он

11 0Да сЛу

ч к

Ясо О Ч]

РвС Рвэ

Да

ч

Яа

ООН

РйН

Серия 1 11а=

Серия2 Яа= /\=/\Л{ СерияЗ Яа=

Л=ЛЛ

Ясо НО

С02Н

ОН

Да

.Да

Ясс НО Доз РОЕ РвБ

ОН

Да X

.О

о^но^о-Ч

Ысо

ТХА

ТХВ

ОН

со2н У\ЛЛ/

он

*»= ww\

со2н

он

со2н

__/С5НИ

ЬТА,

он

он

ОН ЬХА,

02Н

•С02н

он он

ОБ!2

ши.1

ЬТС4 Ь^ИлЬд К2=С\у 1ЛТ>4 Я,=Ы Я2=с\у

иго4 Б^Н Я2=ОН ьтб4 я^вь я2=он

он ьхв4

ЧАА/

о2н

НхА,

ЧЛА/ Нхв

Рис. 1. Номенклатура простаноидов

новых метаболитов арахидоновой кислоты (АА) - простациклина (PGI2) и тромбоксана (ТХА2). Последние обладали высокой физиологической активностью: дисбаланс в содержании ТХА2 и PGI2 in vivo является причиной тромбозов и гемофилии [22]. Циклические метаболиты АА образуются под действием циклооксигеназного фермента - простагландинсинтетазы. В результате липок-сигеназного окисления получаются ациклического строения метаболиты - лей-котриены (LT) [23], липоксины (LX) [24] и гепоксилины (НХ) [25]. Лейкотрие-ны являются важными медиаторами воспалительных реакций и анафилаксии; липоксины стимулируют дегрануляцию тромбоцитов и лизосомальные выделения эластазы из человеческих нейтрофилов.

Вышеупомянутые метаболиты объеденены общим термином эйкозанои-ды и представляют "каскад арахидоновой" кислоты [26]. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) - дигомо-у-линоленовая (8Z, 11Z, 142-эйкоза-триеновая), арахидоновая (5Z, 8Z, 11Z, 14Z-эйкoзaтeтpaeнoвaя) и тимнодоновая (5Z, 8Z, 11Z, 14Z, 17Z-эйкoзaпeнтaeнoвaя) - основные предшественники эйко-заноидов, дают соответствующие метаболиты "каскада" с большей или меньшей степенью насыщения. Все они имеют тривиальные наименования, однако в связи с получением модификатов PG возникла необходимость в создании специальной номенклатуры этих соединений [2, 27, 28].

В терминологии и номенклатуре простаноидов за основу приняты гипотетические простановая и тромбановая кислоты. Характер функционализации и конфигурация определяет тип PG, подстрочные индексы отражают количество двойных связей, греческие буквы а и (3 обозначают конфигурацию пригидрок-сильных хиральных центров. При необходимости положение двойной связи указывают символом А с цифровым обозначением атома углерода кратной связи. Основные типы простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов, липоксинов, гепоксилинов представлены на рис. 1

При изменении длины алкильной цепи в результате химической модификации к названию простаноидов добавляется приставки - "нор", обозна-

чающее укорочение цепи на одну метиленовую группу, "динор" - на две и т.д., либо "гомо" - при удлинении на одно метиленовое звено ("дигомо" - на две и т.д.), с указанием номера углеродного атома, к которому присоединена дополнительная метиленовая группа.

1.2. Биосинтез полиненасыщеных жирных кислот

Биологическими предшественниками простагландинов являются полиненасыщенные высшие жирные кислоты с числом углеродных атомов от 18 до 24; основные из них - дигомо-у-линолевая (С 20:3, со-6), арахидоновая (С 20:4, ю-6) и тимнодоновая (С 20:5, ю-6). Указаные кислоты входят в состав триглицери-дов жировых тканей, эфиров холестерина овариальных тканей и надпочечников [29]. Наибольшее их количество обнаруживается в клеточных фосфолипидах.

За исключением тимнодоновой кислоты, которая в значительных количествах содержится в органах и тканях рыб, ПНЖК обнаруживаются лишь в следовых количествах в обычных продуктах питания. Эти обстоятельства обуслав-

9 П

ливают биосинтез С -ПНЖК в организме млекопитающих и встраивание их в мембранные фосфолипиды, где они находятся в виде ресурсов и которые "высвобождаются" при соответствующих ситуациях.

Способность организма продуцировать Рв тесным образом зависит от поступления в организм их предшественников - эссенциальных жирных кислот (ЭЖК) и полиненасыщенных жирных кислот, т.е. количества и качества питания. Искуственно создаваемый дефицит ЭЖК - один из приемов изучения роли ПНЖК и их метаболитов в различных патологических состояниях [30-33].

Арахидоновая и дигомо-у-линоленовая кислоты, являющиеся непосредственными предшественниками биосинтеза Рв, содержатся в продуктах питания в крайне малых количествах, а чаще всего отсутствуют. Эти ПНЖК синтезируются в организме из поступающих с пищей ЭЖК - у-линоленовой и лино-

левой кислот. Мононенасыщенные кислоты в свою очередь образуются из пальмитиновой и стеариновой кислот, являющихся предшественниками первых. Введение двойных связей в указанные насыщенные кислоты in vivo осуществляется при участии специфической оксигеназы со смешанной функцией, которая активна при одновременном присутствии 02 и восстановителя НАДФ'Н. Основные ферменты оксигеназы сосредоточены во фракциях рибосом, в частности в печеночной и жировых тканях.

Образование ненасыщенных кислот в организме протекает с участием синтетазы ненасыщенных кислот и малонил-КоА в присутствии НАДФ'Н и заключается в удлинении цепи мононенасыщенных предшественников на два атома углерода, причем уже существующая двойная связь влияет на место образования в цепи новых двойных связей [34]. В растениях моноеновые кислоты превращаются в полиеновые путем образования дополнительных двойных связей на дистальном участке молекулы (между существующей двойной связью и со-метильной группой) и только изредка на проксимальном (между существующей двойной связью и карбоксильной группой).

Рис.2

дистальный участок проксимальный участок

В животных организмах, напротив, дополнительные двойные связи создаются только на проксимальных участках молекулы моноеновых и полиено-

вых кислот, поступающих с растительной пищей. В растениях олеиновая ки-

18

слота превращается в линолевую и линоленовую. Эти три С -кислоты наиболее распространены в растительном мире и являются предшественниками других ненасыщенных кислот [35].

У млекопитающих, ферменты организма которых не способны генерировать двойные связи на дистальном участке молекулы, биосинтез полиеновых кислот происходит путем дегидрирования и удлинения цепи эндогенного или экзогенного олеата (ш9-кислота), гексадецен-9-оата (ю7-кислота) или поступающего с растительной пищей линолеата (соб-кислота) или линолената (соЗ-кислота).

Схема 1

ССШ

,со2н

олеиновая кислота 18:1, со 9

1

линолевая кислота 18:2, со 6

а-линоленовая кислота 18:3, со 3

ю 9-полиеновые кислоты

со 6-полиеновые кислоты

со 3-полиеновые кислоты

Кроме Д9-дегидрогеназы, которая в основном трансформирует насыщенные кислоты в моноеновые, в организме животных присутствуют ещё А6-, А5-, А4- дегидрогеназы, причем А6-дегидрогеназа наиболее эффективно действует на А9-субстраты, имеющие дополнительные двойные связи на дистальном участке молекулы. Переход к более ненасыщенным кислотам возможен лишь для соединений, способных служить субстратом для А6-, А5- и Д4-дегидрогеназ. Схема биосинтеза одной из ПНЖК, в частности АА, представлена на схеме 2.

Необходимо отметить, что в организме млекопитающих АА превалирует в составе ПНЖК, тогда как концентрации дигомо-у-линоленовой на порядок, а тимнодоновой на два порядка ниже, поэтому у животных и человека главным образом осуществляется биосинтез РО серии 2.

со2н

А-дегидрогеназа

СО,Н .5

2 А-дегидрогеназа

у- линоленовая кислота 4

=\/\/со:

н

дигомо-у-линоленовая кислота _5

со2н

А-дегидрогеназа

АА 6

докозапентаеновая кислота 8

Биосинтез АА осуществляется как путём удлинения цепи линолевой кислоты, так и частичным гидрированием пента-цис-докоза-4,7,10,13,16-еновой кислоты. Синтезированная АА немедленно связывается в мембранные фосфо-липиды - своеобразные депо предшественников Рв в организме.

1.3. Роль свободно-радикальных реакций в живых организмах

Процесс жизнедеятельности организмов представляет собой сложнейшую совокупность биохимических превращений, осуществляющихся при содействии и участии множества инициирующих, катализирующих и ингибирующих систем и молекул: свободных радикалов, ионов, комплексов и др.

Велика роль свободных радикалов в биологических системах. Они образуются при распаде гидропероксидов липидов, в реакциях одноэлектронного переноса с ионами металлов, при действии проникающего излучения и света, при взаимодействии озона, синглетного кислорода, оксидов азота и других соединений с рядом биомолекул, а также в ходе ферментативных реакций.

Свободно-радикальные процессы непрерывно инициируются в клетках и тканях в результате энзиматических и неэнзиматических реакций. Например, ферментативные превращения обеспечивают функционирование дыхательной системы [36-38], фагоцитоза [39], действие цитохрома Р450 [40], среди неферментативных реакций: взаимодействие кислорода с органическими соединениями [41] и реакции, инициируемые ионизирующей радиацией [42].

Свободно-радикальные реакции окисления вызывают в организме млекопитающих следующие необратимые изменения:

- окислительные "повреждения" в молекулах коллагена [43], эластана [44] и хромосомах [45];

- разрушение мукополисахаридов в результате окислительных процессов

[46];

- накопление метаболически инертных ве�