Синтез и изучение производных 3-(индол-1-ил)малеинимидов и диазепинов[1,4], аннелированных с малеинимидным и индольными циклами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

005013549 СиебЗк

На правах рукоппси СИМОНОВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫ>цЗ-(ИНДОЛ-1-ИЛ)МАЛЕИНИМИДОВ И ДИАЗЕПИНОВІМІ, АННЕЛИРОВАННЫХ С МАЛЕИНИМИДНЫМ И ИНДОЛЬНЫМИ ЦИКЛАМИ

02.00.10 — Биоорганичсская химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 5 [лДР 2012

МОСКВА, 2012

005013549

Работа выполнена в лаборатории химической трансформации антибиотиков Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузс» Российской академии медицинских наук.

Научный руководитель:

Доктор химических наук, профессор, Преображенская Заслуженный деятель науки РФ Мария Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Шуталсв Анатолий Дмитриевич

(заведующий кафедрой органической химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова)

кандидат химических наук

Коршун Владимир Аркадьевич (руководитель группы биоконъюгации ИБХ им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН)

Ведущая организация:

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Зашита состоится « 09 » апреля 2012 г. в 15 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.120.01 при Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, д. 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «05» марта 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат химических наук,

старший научный сотрудник /у Лютик А.И.

Актуальность проблемы.

Поиск ингибиторов протеинкиназ важен для борьбы с заболеваниями человека. Серин-треонииовые и тирозиновые протеинкиназы - ферменты, участвующие в передаче сигналов от клеточной мембраны к ядру и аппарату генной транскрипции, играют ключевую роль в развитии многих заболеваний человека, включая различные виды опухолей, сердечнососудистые расстройства, диабет, шизофрению, нарушения иммунитета. Известны бактериальные киназы, которые обеспечивают образование бактериальных биопленок, поддержание толерантности и персистирования сложных популяций микроорганизмов. Одним из перспективных классов химических соединений - потенциальных ингибиторов протеинкиназ - являются производные индоло[2,3-а]пирроло[3,4-с]карбазола, такие, как стауроспорин и структурно родственные им 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимиды, например В15-1, III (рисунок 1).

Рисунок I. Ингибиторы протеинкиназ

Несмотря на обилие работ в указанной области, некоторые направления поиска новых потенциальных ингибиторов протеинкиназ остаются мало изученными. Настоящая работа посвящена разработке методов синтеза и изучению свойств 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов. 3,4-Бис(индол-1-ил)малеинимиды отличаются от описанных ранее 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов способом сочленения индольного и малеинимидного фрагментов и являются практически неизученными соединениями. Поэтому разработка методов синтеза и исследование свойств производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, а также изучение их ингибирующей активности в отношении протеинкиназ является актуальной задачей. Цель работы заключалась в разработке методов модификации 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и их производных - полианнелированных диазепинов[1,4] - (9Ь,10-дигидро-1Я-индоло[Г,7':4,5,6]-пирроло[3',4':2,3][1,4]диазепино[1,7-а]индоло-1,3(2Я)-дионов) по

положениям 3 индольных ядер и по положению 1 малеинимидного ядра с целью получения биологически активных соединений, содержащих функциональные группы. Научная новизна и практическая ценность работы. Разработаны два метода введения заместителей, содержащих биологически важные функциональные группы, в молекулы 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, 3-арилтио-, 3-алкиламино, 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимидов: введением заместителей в индольный фрагмент 3-замещённого-4-(индол-1-

Н

Н

Стауроспорин

В13-1. Я = Ме В13-111. Я = Н

ил)малеинимида; синтезом 3-замещенных-4-(индол-1-ил)малеинимидов с использованием в качестве исходных веществ (индолин-З-ил)алкановых кислот или (индолин-З-ил)алканолов. Разработан метод получения алкиламинометильных и формильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и диазепинов[1,4], а также методы их дальнейшей модификации. Разработан метод получения ш-гидроксиалкоксиметильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов. Найден новый метод получения полианнелированных диазепинов[1,4], основанный на внутримолекулярной конденсации кватернизованных солей 3-(3-диметиламинометилиндол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимидов. Разработан метод синтеза макролактонов на основе полифункциональных производных 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимидов. Разработаны методы модификации диазепинов[1,4], аннелированных с индольным, индолиновым и малеинимидным ядрами, путём введения функциональных групп как в индольное ядро молекулы, так и по атому азота малеинимидного ядра. Получено 147 новых производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов, 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, а также диазепинов[1,4], изучены их биологические свойства. Среди новых соединений обнаружены ингибиторы ряда протеинкиназ, а также вещества, предотвращающие развитие лекарственной устойчивости опухолевых клеток. Новые ингибиторы протеинкиназ защищены патентом РФ, подана одна заявка на патент РФ.

Публикации и апробации работы. Результаты работы были представлены на девяти международных и российских конференциях, включая Всероссийскую конференцию по органической химии «Russian Confererence on Organic Chemistry» (25-30 октября 2009 года, г. Москва); Международную конференцию «Advanced Science in Organic Chemistry» (21-25 июня 2010 года, г. Мисхор, Украина); Вторую международную конференцию «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (25-30 апреля 2011 года, г. Железноводск) и др. По результатам работы опубликовано 4 статьи в журналах рекомендуемых ВАК. Получен один патент РФ, подана одна заявка на патент РФ.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 196 страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы. Содержит ДО библиографических ссылок, Ц рисунков, 77 схем и 6 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность своим научным руководителям: д.х.н. проф. Преображенской М.Н. и к.х.н. Лакатошу С.А. (ФГБУ НИИНА им. Г.Ф. Гаузе РАМН), а также всем сотрудникам, принимавшим участие в проведении исследований: д.х.н. проф. Щекотихину А.Е., к.х.н. Лузикову Ю.Н., д.х.н. Королёву A.M., к.х.н. Резниковой М.И. , к.х.н. Деженковой Л.Г. (ФГБУ НИИНА им. Г.Ф. Гаузе РАМН), проф. Даниленко В.Н. (ФГБУ ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН), д.б.н. Штилю A.A. (ФГБУ РОНЦ им. H.H. Блохина), с.н.с. Елизарову С.М. (ФГБУ Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН).

Основные этапы работы были выполнены при финансовой поддержке грантов РФФИ: 0603-32233, 10-03-00210-а, гранта Президента РФ НШ-5290-2010.4. а также Европейского сообщества в рамках программы «Protein Kinases, New Drug Targets for Post_Genomic Era»

(контракт № Ь5НВ-СТ-2004-503467) и государственных контрактов с Минобрнауки РФ № 16.512.11.2198 и с Министерством торговли и промышленности РФ № 11411.1008700.13.086. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Синтез ключевых соединений - 3,4-бис(индол-1-ил)малеимидов, З-ариламино, 3-алкиламино-, 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимидов

В качестве стартовых соединений были синтезированы серии 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и 3-замещённых 4-(индол-1-ил)малеинимидов 2-10 методами, ранее разработанными в нашей лаборатории, исходя из 3-бром-4-(индол-1-ил)малеинимидов 1а-<1 и

соответствующих Ы-Нуклеофилов В Присутствии ¡-РГ2Е1Ы (ДИЭА). ?

У=Г МиН,ДИЭА> "-"У Вг ДМФА, 70-75%

1а. Я = Н 2а-й. Ыи = индолин-1-ил, К = Н(а), Ме(Ь),

1Ь. И = Ме ЕЦс), Вп(с))

"]с- 5 = ^ 3. Ыи = 5-хлориндолин-1-ил, К = Ме

1(1 1={ = Вп . .. ,, к . .

4. Ыи = ((метиловый эфир

(индолин-3-ил) уксусной кислоты)-1-ил), Я = Ме

5. Ми = 6-метил-1,2,3,4-тетрагидрохинолин-1-ил, Я = Ме

6. Ми = этилфениламино, К=Ме

7. Ыи = 4-метоксифенилтио, Я = Ме

8. Ыи = 4-(диметиламино)фениламино, = Н

9. Ыи = 4-морфолинофениламино, Я = Н

10. Ыи = МЕ12, Я=Н

1-Метил-3,4-бис(индол-1-ил)малеинимиды 11а,Ь и 12 были получены дегидрированием

2а,Ь и 3 действием 2,3-дихлоро-5,6- дицианобензохинона (ДЦХ) в толуоле при нагревании.

ддх

^ ЦкАх 70-75% О-Ах

2а. Я = Н, X = Н 11а. Я = Н, X = Н

2Ь. Я = Ме, X = Н 11Ь. Я = Ме, Х = Н

3. Я = Ме, Х = С1 12. Я = Ме, Х = С1

2. Введение заместителей в положение 1 малешшмидпого ядра 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимида

Алкилированием 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимида 2а гидрохлоридом 1-(диметиламино)пропилхлорида в присутствии поташа был получен 1-(3-(диметиламино)пропил)-3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимид 13. Аналогично из 11а был получен 1-(3-(диметиламино)пропил)-3,4-бис(индол-1-ил)малеинимид 14.

Разработан также метод синтеза со-аминопропильных производных 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимида, основанный на алкилировании 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-нл)малеинимида 2а 1,3-дибромпропаном, приводящий к образованию ш-бромпропильного производного 15 и продукта бисалкилирования 16. Последующим замещением атома брома в соединении 15 на остаток амина были получены соединения 17 и 18.

3. Введение заместителей в положение 3 индольного ядра 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, 3-арилалкиламино- и 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимидов

Формилирование 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимида 2Ь по методу Вильсмайера привело к карбальдегиду 19Ь. В случае 1-метил-3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида

Для изучения связи структура-активность была синтезирована серия 3-алкиламинометильных производных 22-32. Аминометилирование 3-замещённых-4-(индол-1-

ил)малеинимидов 2-10, 13, 17а проводили в АсОН при нагревании в присутствии (СН2О),, (параформальдегида) и соответствующего амина.

HR1, (СН20)п

АсОН, 50 °С 45-55%

Серия 1: 22а-1. R 22а-2. R 22а-3. R 22b-1. R 22b-3. R 22b-4. R 22b-5. R 22с-2. R 22е-2. R 22е-4. R 22b-6. R 22d-2. R Серия 2: 23-1. R1 23-2. R1 23-3. R1 23-4. R1

23-5. R1 Серия 3:

24-1. R1 24-2. R1 24-3. R1 24-4. R1 24-5. R1

Ñu

2-10,13,17а Nu = индолин-1-ил = Н, R1 = NMe2 = Н, R1 = NEt2 = H, R1 = пирролидин-1-ил = Me, R1 = NMe2 = Me, R1 = пирролидин-1-ил = Me, R1 = морфолин-1-ил = Me, R1 = 4-метилпиперазин-1-ил = Et, R1 = NEt2 = (CH2)3NMe2, R1 = NEt2 = (CH2)3NEt2, R1 = NEt2 = Me, R1 = NHEt = CH2Ph, R1 = NEt2 Nu = 4-метоксифенилтио, R = Me = NMe2 = NEt2

= пирролидин-1-ил = морфолин-1-ил = 4-метилпиперазин-1-ил Nu = N-этилфениламино, R = Me = NMe2 = NEt2

= пирролидин-1-ил = морфолин-1-ил = 4-метилпиперазин-1-ил

Серия 4: Nu = 4-(диметиламино)-

фениламино, R = H 25-1. R1 =NMe2 25-2. R1 = NEt2

25-3. R1 = пирролидин-1-ил Серия 5: Nu = 4-морфолино-

фениламино, R = H

26-1. R1 = NMe2 26-2. R1 = NEt2

26-3. R1 = пирролидин-1-ил

27-1. Nu = NEt2, R = H, R1 = NEt2

28-2. Nu = 6-метил-1,2,3,4-тетрагидро-хинолин-1-ил, R = Me, R1 = NEt2

29-2. Nu = 5-хлориндолин-1-ил, R = Me, R1 = NEt2

30-2. Nu = метиловый эфир (индолин -3-ил)уксусной кислоты,

R = Me, R1 = NEt2

Аминометилированием 1-метил-3,4-6ис(индол-1-ил)малеинимида lib были получены moho- 31b-l - 31Ь-6 и дизамещённые продукты 32-1 - 32-5. При аминометилировании 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида 11а образуется лишь монозамещённый продукт 31а-1.

г° НЯ1, (СН20)п

^ АсОН, 50 °С

11а,Ь. \1 1 Р! = Н(а), Ме(Ь) ^^ Серия 6 31а-1. Я = Н, Я1 = ЫМе2 31Ь-1. Я = Ме, К1 = ЫМе2 31Ь-2. Ме, Я1 = ЫЕ12 31Ь-3. 13 = Ме, Р1 = пирролидин-1-ил 31Ь-4. К = Ме, К1 = морфолин-1-ил

31

35-40%

32

15-20%

Серия 7 32-1.= Ме, Я1 = ММе2 32-3. К = Ме, К1 = пирролидин-1-ил

31Ь-5. Я = Ме, Я1 = 4-метилпиперазин-1 -ил 32-4. Я = Ме, Я1 = морфолин-1-ил 31Ь-6. К = Ме, К1 = ЫНЕ1 32-5. Р = Ме, Я1 = 4-метилпиперазин-1-ил

4. Модификация аминометильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)-малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида

Для введения со-гидроксиалкилоксиметильных остатков в положения 3 индольного ядра 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида был разработан метод, основанный на модификации их 3-аминометильных производных.

Замещение диметиламинометильной группы соединений 22а-1, 22Ь-1 проводилось кватернизацией под действием СНз1, с последующим нагреванием кватернизованных солей в присутствии гликолей ИЛИ Ш(СН2)20Н в пиридине. Так были получены со-гидроксиалкоксиметильные производные 33-35, наряду с которыми образуются продукты внутримолекулярной реакции конденсации (с переносом реакционного центра) диазепины[1,4] Зба или 36Ь.

22а-1.Я = Н 22Ь-1. Я = Ме

1\ ^ ^

35-50% 33а. Я1 = 0(СН2)30Н

ЗЗЬ. Я = Ме, Я1 = 0(СН2)30Н

1. Ме1, ТГФ 34Ь. Я = Ме, ^ = 0(СН2)20Н

2. пиридин, г" 35Ь. Я = Ме, К1 = 5(СН2)2ОН

36а. Я=Н 36Ь. Я = Ме

-15%

При нагревании кватернизованных солей диметиламинометильных производных 22а-1, 22Ь-1 в отсутствии гликолей продуктами реакции являются диазепины[1,4], аннелированные с малеинимидным и индольными циклами 36а,Ь (15-20%). В аналогичных условиях диметиламинометильные производные 3,4-бис(индол-1-ил)мапеинимида 31а,Ь-1, были трансформированы в соединения 37а,Ь.

1. Ме1, ТГФ

-1.1* = Н -1.Я = Ме

2. НО(СН2)3ОН,

пиридин, г

37а. Я = Н, 37Ь. Я = Ме

15-20%

В отсутствии пропандиола-1,3 из кватернизованных производных 31а,Ь-1 образуются продукты окисления 20а,Ь, в то время как продукты циклизации, аналогичные соединениям 36а,Ь, получить не удалось даже при длительном нагревании.

1. Ме1, ТГФ

СО

2 пиридин, 31а-1. И = Н ^ 14оч 31Ь-1. Р = Ме

1-Метил-3,4-бис{[(3-диметиламино)метил]индол-1-ил}малеинимид 32-1 после кватернизации реагирует с гликолями в более жестких условиях с образованием симметричных со-гидроксиалкоксиметильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида 38а-{1.

1. Ме1, ТГФ

И1Н, коллидин, 1°, 30-35%

38а. Р1 = 0(СН2)2ОН 38Ь. В1 = 0(СН2)30Н 38с. Я1 = 0(СН2)40Н 38е1. Я1 = 0(СН2)20(СН2)20Н

Реакция ш-гидроксиалкоксиметильных производных 3-(индол-1-ил)-4-(ивдолин-1-ил)-малеинимида 33а,Ь и 34Ь с метансульфонилхлоридом (М5С1) в присутствии Е^Ы (ТЭА) в ТГФ приводит к соответствующим О-мезилатам, которые без выделения были введены в реакции с тиомочевиной или аминами, что привело к образованию производных 39а,Ь, 40-42.

33а, Ь

1. МэС!, ТЭА, ТГФ

2. ЗС(МН)1ЧН2 ДМ ФА, 50-53%

39а. Я = Н м 39Ь. К = Ме

Ж2 МН

34Ь

1. МэС!, ТЭА, ТГФ

2. (40) вС^Н^Нг

(41) NN£12,

(42) пирролидин, ДМФА

_ /

>=( 41. Ю: N 11 42. К1 = пирролидин-1-ил

: ЭС(ЫН)ЫН2 = Ш2

53-55%

5. Синтез 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и 3-замещённых-4-(индол-1-ил)малеинимидов, содержащих остатки алканкарбоновых кислот или алканолов в индольном ядре, и синтез на их основе структур, содержащих макроциклический фрагмент

В качестве исходных соединений были использованы 3,4-диброммалеинимид 43а, (индолин-З-ил)-алканолы 44а-с и (индолин-З-ил)-алканкарбоновые кислоты 45а-с. (Индолин-3-ил)алканолы 44а-с получали из соответствующих (индол-З-ил)алканолов восстановлением КаВНзСЫ в АсОН с выходами 70-75%. со-(Индолин-3-ил)алканкарбоновые кислоты 45а-с были получены из соответствующих (индол-З-ил)алканкарбоновых кислот восстановлением ЫаВНзСМ в АсОН с последующим ацетилированием Ас20, выделением М-ацетильного производного и снятием ацетильной защиты нагреванием в НС1.

Реакцией 3,4-диброммалеимида 43а с (индолин-З-ил)алканолами 44а-с в ДМФА в присутствии ДИЭА или ТЭА были получены ш-гидроксиалкильные производные 46а-с. Гидрокеильную группу соединений 46а-с защищали ТВОМБ-защитой с использованием ТВЭМ8С1 в ДМФА в присутствии имидазола.

ТВОМЭ-производные 3-бромо-4-(3-(ш-гидроксиалкил)индолин-1-ил)малеинимидов 47а-с дегидрировали ДДХ в толуоле при нагревании в 3-бромо-4-(3-(ш-гидроксиалкил)индол-1-ил)малеинимиды 48а-с. Последующая замена атома брома в малеинимидном ядре соединений 48а-с на (индолин-З-ил)карбоновые кислоты 45а-с проходила с образованием производных 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида 49а-с.

Н

44а, п = 2 44Ь, п = 3 44с, п = 4

45а, п = 1 45Ь, п = 2 45с, п = 3

Н2

Н

47а-с

Толуол,

1°, 65-70°/ ТВО^

ДДХ,

-55% ¿Г СД

ТВОМЭО-^,п (От 49а, п = 2, т = 1 4ЭЬ, п = 3, т = 3 НО 49с, п = 4, т = 3

48а, п = 2 48Ь, п = 3 48с, п = 4

Дегидрирование второго индолинового фрагмента соединений 49а-с ДЦХ привело к 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидам 50а-с. После удаления ТВОМЭ-группы в соединениях 49а-с кипячением в смеси АсОН - ТГФ - Н2О (1:1:1) были получены (1-{4-[3-(ш-гидроксиалкил)-1#-индол-1-ил]-2,5-диоксо-2,5-дигидро-1#-пиррол-3-ил}индолин-3-ил)карбоновые кислоты 51а-с.

TBDMSO'

50а, п = 2, m = 1 50b, n = 3, m = 3 50c, n = 4, m = 3

Толуол, t°, 20-30%

49a-c

ТГФ/Н20 t°, 90-95%

51a, n = 2, m = 51b, n = 3, m : 51c, n = 4, m :

Внутримолекулярная дегидратация 49Ь,с нагреванием в бензоле в присутствии каталитических количеств толуолсульфокислоты (ТбОН) привела к образованию макролактонов 52Ь,с. Далее, индолиновые фрагменты макролактонов 52Ь,с были дегидрированы действием ДЦХ при нагревании в толуоле с образованием бисиндольных производные 53Ь,с.

Ул -

H

49b, n = 3, m = 3 49c, n = 4, m = 3

ДДХ # толуол\ \ t°.3 4 ,m 80%

52b, n = 3, m = 3 52c, n = 4, m = 3

53b, n = 3, m = 3 53c, n = 4, m = 3

Вывод об образовании макролактонов 52b,с сделан на основании сравнения 'Н-ЯМР -спектров макролактонов и их предшественников, а также по данным масс-спектроскопии высокого разрешения.

Для целенаправленного поиска ингибиторов протеинкиназ CDK2 и PIM1 в ОАО «Молекулярные технологии, Лтд», используя программный продукт Lead Finder, проведён молекулярный докинг серии 3-замещённых 4-(индол-1-ил)малеинимидов. В результате работы была выявлена серия 4-(1-(2,5-диоксо-4-(8-тиофенил)-2,5-дигидропирроло-3-ил)индол-3-ил)бутил карбомимидотиоатов 60-61 как потенциальных кандидатов-ингибиторов CDK2 и PIM1. Синтез этих соединений осуществлён по схеме, представленной ниже.

Замена атома брома в 3-бромо-4-(3-((трет-бутилдиметилсилилокси)бутил)индол-1-ил)малеинимиде 48с в ДМФА на 4-метокситиофенол или на 2-метилтиофенол в присутствии ДИЭА привела к соединениям 54-55. После удаления TBDMS-группы кислотным гидролизом гидроксипроизводные 56 и 57 обработкой MsCl в присутствии ТЭА в ТГФ были трансформированы в О-мезилаты 58 и 59. Взаимодействие 58 и 59 с тиомочевинной или N-

бутилтиомочевиной в ДМФА привело к соответствующим 8-алкильным производным тиомочевины 60 и 61.

48с

ДМФА, 50-55%

«Оп ЯВОМЭ

54, п = 4, Я1 = Н, И2 = ОМе

55, п = 4, Я1 = Ме, Нг = Н

ТГФ/Н20 Я2 1°, 90%

М$С1,ТЭА ТГФ, 95%

ЯН /=

ГХ ДМфА, " / 1°, 70% П2

58, п = 4, Я1 = Н, И2 = ОМе

59, п = 4, Я1 = Ме, Я2 = Н

56, п = 4, Я1 = Н, Р? = ОМе

57, п = 4, И1 = Ме, Я2 = Н

60, п = 4, И1 = Н, Я2 = ОМе Я = 5С(МН)ЫН2

61, п = 4, Я1 = Ме, Я2 = Н р2 И = ЗС(МН)МНВи

3-[3-(гидроксибутил)индол-1 -ил]-4-(8-

Биологическая активность полученных тиофенил)малеинимидов в настоящее время изучается.

При синтезе серии 3-(3-(гидроксибутил)индол-1-ил)-4-(фенилтио)малеинимидов 60-61 было обнаружено, что тиофенолы вступают в реакцию не только с 3-бромо-4-{3-[(трет-бутилдиметилсилилокси)бутил]индол-1-ил}малеинимидом 48с, но и с 3-бромо-4-{3-[(трет-бутилдиметилсилилокси)бутил]индолин-1-ил}малеинимидом 47с. В других случаях (при использовании алкиламинов, анилинов, индолина) атом брома в производных З-бромо-4-(индолин-І-ил)малеинимида заменить не удалось. Обнаруженный частный случай реакции замены атома брома в производном 3-бромо-4-(индолин-1-ил)малеинимида на Б-нуклеофил можно объяснить большей нуклеофильностью тиофенолов по сравнению с аминами.

Ниже представлен синтез (1-(4-(4-метоксифенилтио)-2,5-диоксо-2,5-дигидро-1Я-пирроло-3-ил)индолин-3-ил)бутил карбамимидотиоата 65, аналога полученного ранее 60.

НЭ

47с

ДИЭА^

ДМФА* 50%

ТВОМБО' МвСІ ДИЭА

Н

О^М

н

ГЧ>\

АсОН^ ТГФ/Н20, М 1°, 90%

5С(ЫН)ЫН? ДМФА, 1°, 70%

^(ЩСЗ"

Реакцией 3-бромо-4-{3-[(трет-бутилдиметилсилилокси)бутил]индолин-1-ил}малеинимида 47с с 4-метокситиофенолом в присутствии ДИЭА в ДМФА при комнатной температуре был

получен 62. После удаления ТВОМЭ-группы кислотным гидролизом гидроксильная группа соединения 63 была ацилирована МзС1 в присутствии ТЭА в ТГФ. Далее, алкилирование О-мезилатом 64 избытка тиомочевины при нафевании в ДМФА привело к карбамимидотиоату 65.

Был проведён синтез 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, содержащих остаток метилового эфира уксусной кислоты в положении 3 индольного ядра. Замещением брома в 1-бензил-3,4-диброммалеинимиде 43с1 на нуклеофил - метиловый эфир (индолин-З-ил)уксусной кислоты 66 в ДМФА в присутствии ТЭА было получено производное 3-бром-4-(индолин-1-ил)малеинимида 67. Индолиновый фрагмент соединения 67 был дегидрирован действием ДДХ в толуоле, что привело к производному 3-бром-4-(индол-1-ил)малеинимида 68. Замещением атома брома в соединении 68 на индолин в ДМФА в присутствии ДИЭА был получен метиловый эфир 2-( 1 -(1 -бензил-4-(индолин-1 -ил)-2,5-диоксо-2,5-дигидропирроло-3-ил)индол-3-ил)уксусной кислоты 69.

Взаимодействием 1-бензил-3-бромо-4-(индол-1-ил)малеинимида 1(1 с метиловым эфиром (индолин-З-ил)уксусной кислоты 66 был получен метиловый эфир-2-(1-(1-бензил-4-(индол-1-ил)-2,5-диоксо-2,5-дигидропирроло-3-ил)индолин-3-ил)уксусной кислоты 70, изомерный эфиру

о

Дегидрированием соединений 69 или 70 ДДХ при нагревании в толуоле был получен бисиндолмалеинимид 71.

69.

69 или 70

6. Разработка методов модификации 9Ь,10-дигидро-1#-индоло[Г,7':4,5,6]-пирроло|3',4':2,3][1,4]диазепино11,7-«]индоло-1,3(2//)-дионов и 1#-индоло[Г,7':4,5,6]-пирроло[3',4':2,3][1,4]диазепино [1,7-я]индоло-1,3(2Д)-дионов

Диазепины[1,4], содержащие малеинимидный цикл, аннелированный с индолиновыми 72а,Ь или индольным и индолиновым циклами, 73а,Ь были получены циклизацией 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимидов 2а,Ь или 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов 11а,Ь под действием кислот методом, ранее разработанным в нашей лаборатории.

С£зСООН

оь^с^

11а. И = Н 73а. Я = Н

11Ь. Я = Ме 73Ь. К = Ме

Диазепин[1,4] 73Ь при формилировании по методу Вильсмайера образует 2-метил-1,3-диоксо-1,3,9Ь,10-тетрагидро-1#-индоло[Г,7';4,5,6]пиррол[3',4':2,3] [1,4]диазепино[1,7-а]индол-6-карбальдегид (74).

74 О 75

Конденсацией альдегида 74 с СНзЖ>2 в присутствии ОТЦОАс при нагревании, получено нитро-винильное производное диазепина[1,4] 75. Соответствующее аминоэтильное производное, продукт полного восстановления нитровинильной группы соединения 75, получить не удалось.

Аминометилирование диазепинов[1,4] 73а,Ь вторичными аминами и параформальдегидом привело к аминометильным производным диазепина[1,4] 76а,Ь и 77,

X.

73а. Я = Н 73Ь. Я = Ме

ня1,

(СН20)П)

\ АсОН, ' 50°С, 50-55%

76а. Я = Н, Я - ЫЕ^ 76Ь. Я = Ме, Я1 = Ш,

77. Я = Ме, Я1 = пирролидин-1-ил Я1

Дегидрированием (индолин-индолин)диазепина[1,4] 72а,Ь или (индолин-индол)диазепина[1,4] 73а,Ь действием ДЦХ в толуоле при нагревании были получены (индол-индол)диазепины[1,4] 78а,Ь. Аминометилирование соединения 78Ь морфолином и параформальдегидом привело к бисморфолинометильному производному 79.

72а, Ь ддх

или -п

73а,Ь толуол, г

65-70% 7да р? = н

78Ь. И = Ме

морфолин,/=■ (СН2Р)п (Ч /,

АсОН,1° 50%

Диазепины[1,4] 73а и 78а легко алкилируются избытком 1,3-дибромпропана в присутствии основания - К2СО3 в ДМФА при нагревании, давая бромпропильные производные 81 и 83 соответственно.

81а. Я1 = ЫЕ12

/—\

81Ь. И1 = N^N-<»3

81с. ^ = 5С(1МН)МН2 81с]. Я1 = ЗС(МН)ЫНМе 81е. И1 = БС(ЫН)ЫНЕ1 81Г Я1 = ЗС(МН)ЫНАПу1 81д. И1 = ЗС(ЫН)ЫНРЬ

1

811). Я =

Дальнейшее замещение атома брома в 80 и 82 вторичными аминами или тиомочевинами привело к серии новых производных - аминам 81а,Ь, и карбамимидотиоатам 81с-Ь и 83а,Ь.

Алкилированием диазепинов[1,4] 73а и 78а гидрохлоридом 1-(Ы,К-диметиламино)-3-хлорпропана в присутствии ТЭА в ДМФА при нагревании были получены М-(3-(Ы,?4-диметиламино)пропил)малеинимидоиндолодиазепины[1,4] 84 и 85.

73а 78а

Изомерные соединения 69 и 70 под действием СРзСООН в СНгСЬ образовывали диазепины[1,4], в состав которых входят два индолиновых фрагмента и малеинимидный цикл

Соединения 86 и 87 имеют по два асимметрических атома: Сю и С% в соединении 86, Св и С% в соединении 87. В Н1 ЯМР спектре соединения 87 наблюдалось два набора сигналов, что характерно для смеси двух рацемических диастереомеров. В спектре соединения 86 наблюдался только один набор сигналов. Это позволяет считать, что 86 образуется в виде одного диастереомера. При протонировании индольного фрагмента молекулы 69 в положение 3 возникает асимметрический центр в индолиниевом кольце. Замыкание семичленного цикла приводит к образованию нового асимметрического центра во втором индолиновом кольце.

(Индолин-илдолин)диазепин[1,4] 86 был дегидрирован ДДХ (2,2 эквивалента) в толуоле при нагревании, что привело к (индол-индол)диазепину[1,4] 88. Дегидрирование (индол-индол)диазепина[1,4] 87 (изомерного соединению 86) ДДХ привело к (индолин-индол)диазепину[1,4] 89. Интересно отметить, что при использовании избытка ДДХ, дегидрирования второго индолинового фрагмента не наблюдалось даже после длительного нагревания (индолин-индол)диазепина[1,4] 89 в толуоле.

,3С ЯМР. Молекулярная масса полученных соединений подтверждена методом масс-спектрометрии высокого разрешения. Для аминометильных и <а-гидроксиалкоксиметильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида, а также для производных диазепинов[1,4], аннелированных с индольным, индолиновым и малеинимидным ядрами, представлены данные о времени выхода и чистоте, полученные методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). 7. Изучение биологических свойств полученных соединений

В Научно-исследовательском центре биотехнологии антибиотиков и других биологически активных веществ «БИОАН» (проф. В.Н. Даниленко) была исследована способность 22 аминометильных производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов ингибировать ПКС-а в бесклеточной тест-системе. Было показано, что соединения 22а-2 и 22а-3 являются более активными ингибиторами серин-треониновой протеинкиназы ПКС-а (ИПК50 90 и 94 (нмоль'л"1 соответственно) по сравнению со стандартным ингибитором В18-1 (ИПК50 102 нмоль«л"') (ИПК50 - концентрация соединения, вызывающая снижение активности ПКС-а на 50%). Следует подчеркнуть существенное отличие полученных ингибиторов ПКС-а от известных ранее производных 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов: введение алкильных или аминоалкильных заместителей по малеинимидному атому азота не оказывает заметного влияния на активность, в случае же производных 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов при замещении малеинимидного атома азота происходит резкое падение активности. Это позволяет предположить, что взаимодействие новых ингибиторов с активным центром фермента может отличаться от известных производных 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов, поскольку данные докинга показывают, что группа Ж малеинимидного фрагмента 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов участвует в образовании одной из существенных водородных связей между ингибитором и ферментом.

Строение полученных соединений было установлено на основании анализа спектров 'Н и

К.х.н. Л.Г. Деженковой была исследована цитотоксичность производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов в культуре клеток лейкоза человека К562 и было показано, что высокой цитотоксичностью (ИК50 < 10 мкмоль'л"1) обладают моно- и бис(аминометильные) производные 1-метил-3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида 31-1, 32-1 - 32-4. Большинство других производных этого типа (22а-2, 22а-3, 22с-2, 22d-2, 23-2, 23-3, 23-4, 23-S, 24-2, 24-3, 24-4, 24-5, 28-2 проявили цитотоксичность в концентрациях 10-20 мкмольм"'). Наибольшей цитотоксичностью обладают производные, содержащие два индольных ядра и Me2NCHj-заместитель. Производные 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида с аминометильными заместителями большего размера менее токсичны. Аналогичные данные получены при испытании новых соединений на линиях рака толстой кишки НСТ116 и рака молочной железы MCF-7.

В РОНЦ им. H.H. Блохина РАМН (д.м.н. A.A. Штиль) была исследована способность аминометильных производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов предотвращать активацию гена множественной лекарственной устойчивости MDR-I при действии противоопухолевого препарата цитозара (цитозин-Р-О-арабинофуранозида). Предотвращение МЛУ определяли по снижению активации гена MDR-1 в клетках К562, обработанных цитозаром (10 мкмоль«л"') в комбинации с исследуемым соединением. Большинство аминометильных производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов способно подавлять развитие МЛУ в концентрациях, сравнимых или меньших, чем концентрация стандартного ингибитора ПКС-а - BIS-I. Это позволяет сделать вывод, что наши низкотоксичные соединения могут применяться в комбинации с известными цитостатическими препаратами для предотвращения становления МЛУ в процессе химиотерапии.

Исследование биологической активности производных 1Н-индоло[Г,7':4,5,6] пирроло[3',4':2,3][1,4]-диазепино[1,7-а]индол-1,3(2Н)-диона в отношении протеинкиназ человека проводилось в соответствии с программой Евроконсорциума «Протеинкиназы -Новые Мишени для Лекарств в Пост Геномную Эру». Соединения 76а,Ь, 77, 79, 81a-h, 83а,b, 84, 85 были изучены в лаборатории Центра биологии опухолей, Фрайбург, Германия на панели из 25 протеинкиназ человека (АКТ1, ARK.5, Aurora-A, Aurora-B, B-RAF-V600E, CDK2/CycA, CDK4/CycDl, CK2-R1, COT, INS-R, MET, PDGFR, PLK1, SAK, SRC, TIE2, AXL, EGF-R, EPHB4, ERBB2, FAK, IGF1-R, VEGFR2, VEGF-R3 и PKC). Было показано, что соединения, содержащие пропилкарбамимидотиоатный заместитель при атоме азота малеинимидного ядра (81c-h и 83а,Ь), подавляют активность индивидуальных киназ РКС-а, АКТ1, B-RAF-V600E, CDK2/CycA, CDK4/CycDl, INS-R, MET, PDGFR-beta, PLK1, SRC, AXL, EGF-R, EPHB4, ERBB2, FAK, IGF1-R, VEGF-R2, VEGF-R3 в микромолярных концентрациях.

В Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН в лаборатории профессора В.Н. Даниленко была исследована способность соединений 76а,Ь, 77, 79, 81a-h, 83а,Ь, 84, 85 ингибировать протеинкиназы в бактериях Streptomyces. Устойчивость к аминогликозидным антибиоткам (например, канамицину) в штамме Streptomyces lívidans зависит от экспрессии аминогликозидфосфотрансферазы aphVIII, фермента, который инактивирует канамицин и

который, в свою очередь, активируется серин-треониновой протеинкиназой. В то время, как антибиотик канамицин или соединение 76Ь не вызывали бактериальный лизис штамма 5ггер!отусез Н\чс1ат, резистентного к канамицину, канамицин в сочетании с 76Ь образовывал зону бактериального лизиса с диаметром 14 мм. Это свидетельствует о том, что соединение 76Ь является активным ингибитором серин-треониновой протеин киназы, активирующей арЬУШ.

Результаты биологических исследований синтезированных нами соединений показывают, что в ряду производных диазепинов[1,4], аннелированных с малеинимидным ядром, имеются соединения, активные в отношении бактериальных протеинкиназ или протеинкиназ человека и перспективные для создания лекарств для лечения инфекционных или соматических болезней. Выводы:

1. Разработаны методы синтеза 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, 3-арилтио-, 3-алкиламино, 3-(индолин-1-ил)- 4-(индол-1-ил)малеинимидов, содержащих в положении 3 индольного ядра функциональные группы (аминометил, формил, фрагменты алканкарбоновых кислот и алканолов). Для получения этих соединений разработаны два подхода - введение заместителей в индольное ядро 3-замещённого-4-(индол-1-ил)малеинимида аминометилированием и формилированием или синтез 3-замещенных-4-(индол-1-ил)малеинимидов с использованием в качестве исходных веществ (индолин-3-ил)алкановых кислот или (индолин-З-ил)алканолов.

2. Разработан метод введения ш-гидроксиалкоксиметильных остатков в положение 3 индольного ядра молекул 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида, основанный на замене кватернизованной диметиламино группы на остаток гликоля (меркаптоэтанола, этиленгликоля, 1,3-пропандиола, 1,4-бутандиола, диэтиленгликоля). Показаны возможности модификации концевой гидроксилыгой группы ш-гидроксиалкоксиметильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1 -ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимида.

3. Разработан метод синтеза макролактонов на основе полифункциональных производных 3-(индол-1 -ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимидов.

4. Найден новый метод синтеза диазепинов[1,4] аннелироваиных с индольным, индолиновым и малеинимидными ядрами, основанный на внутримолекулярной конденсации кватернизованных солей 3-(3-диметиламинометилиндол-1-ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимидов.

5. Разработан метод модификации диазепинов[1,4], аннелированных с индольным, индолиновым и малеинимидным ядрами, путём введения функциональных групп как в индольное ядро молекулы так и по атому азота малеинимидного ядра.

6. Получено 147 новых производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеикимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимида.

7. Скрининг новых производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида выявил ингибиторы протеинкиназ, а также вещества, предотвращающие развитие лекарственной устойчивости опухолевых клеток.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.

1. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю. Н. Лузиков и М.Н.Преображенская. Введение фармакофорных групп в бис(индол-1-ил) малеимиды и 6Н-пирроло[3,4:2,3] [ 1,4]диазепиноиндоло[6,7,1 -h¡]8,10(7И,9Ь)-дионов. // Хим. Фарм. Журнал,- 2006,- Т. 40.-№8,- С. 435-440.

2. V.N. Danilenko, A.Y. Simonov, S.A. Lakatosh, M.-H.G. Kubbutat, F. Totzke, C. Schachtele, S.M. Elizarov, O.B. Bekker, S.S. Printsevskaya, Y.N. Luzikov, M.I. Reznikova, A.A. Shtil, and M.N. Prcobrazhenskayaio Search for Inhibitors of Bacterial and Human Protein Kinases among Derivatives of Diazepines[l,4] Annelated with Maleimide and Indole Cycles. // J. Med. Chem.- 2008.- T. 51.-№24.-C. 7731-7736.

3. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю.Н. Лузиков, М.И. Резникова, О.Ю. Сусова, A.A. Штиль, С.М. Елизаров, В.Н. Даниленко, М.Н. Преображенская. Синтез 4-замещенных 3-[3-(диалкиламинометил)индол-1-ил]малеинимидов и изучение их способности ингибировать протеинкиназу С-а, предотвращать развитие множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток и цитотоксичности. // Известия Академии наук. Серия химическая,- 2008,- № 9.- С.1-9.

4. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю.Н. Лузиков, М.й. Резникова, и М.Н. Преображенская. Реакции межмолекулярного и внутримолекулярного нуклеофильного замещения кватернизованных 3-диметиламинометильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида. // Известия Академии наук. Серия химическая,- 2010.- №7,- С. 1409-1417.

5. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Г.Г. Чилов, О.Ю. Сусова, A.A. Штиль, С.М. Елизаров, В.Н. Даниленко, М.Н. Преображенская. Заявка на патент РФ № 2009143963 4-(1-(4-(4-метоксифенилтио)-2,5-диоксо-2,5-дигидро-Ш-пирро-3-ил)-1#-индол-3-ил)бутил карбамимидотиоат, способ его получения и применения.

6. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, О.Ю. Сусова, A.A. Штиль, С.М. Елизаров, В.Н. Даниленко, М.Н. Преображенская. Патент на изобретение РФ № 2388759 «Лекарственное средство на основе производных 4-замещенных 3-(3-диалкиламинометил-индол-1-ил) малеимидов». Опубликовано: 10.05.2010

7. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю.Н. Лузиков, М.И. Резникова, и М.Н. Преображенская. Взаимодействие кватернизованных 3-диметиламинометил производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолик-1-ил)малеинимида с а,ю-алкандиолами. // Материалы,- Москва,- 2009,- С. 386

8. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю.Н. Лузиков, М.И. Резникова, и М.Н. Преображенская. Реакции межмолекулярного и внутримолекулярного нуклеофильного замещения кватернизованных 3-диметиламинометильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)-малеинимида и 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимида. // Международный Симпозиум ASOC «Успехи науки в области органической химии»,- Мисхор, Крым,-2010,- Материалы,- С. 192.

9. А.Ю. Симонов, С.А. Лакатош, Ю.Н. Лузиков, A.M. Королёв, М.И. Резникова и М.Н. Преображенская. Синтез макроциклических структур на основе производных 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимидов. // Вторая международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений».- Железноводск.- 2011,-Материалы,- С. 226.

ЗАКАЗ №116 ПОДПИСАНО В ПЕЧАТЬ 01.03.2012 ТИРАЖ 100 ЭКЗ. ООО «БЕРЕСТА-ПРЕСС», ТЕЛ. (495) 774-09-91 E-MAIL: BUMACA@STILO.RU, T2014112@YANDEX.RU

61 12-2/403

к

I

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИЗЫСКАНИЮ НОВЫХ АНТИБИОТИКОВ ИМЕНИ Г.Ф. ГАУЗЕ РАМН

На правах рукописи

Симонов Александр Юрьевич

СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ 3-(ИНДОЛ-1-ИЛ)МАЛЕИНИМИДОВ И ДИАЗЕПИНОВ [1,4], АННЕЛИРОВАННЫХ С МАЛЕИНИМИДНЫМ И

ИНДОЛЬНЫМИ ЦИКЛАМИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

Доктор химических наук, профессор, Преображенская

Заслуженный деятель науки РФ Мария Николаевна

Специальность 02.00.10 - Биоорганическая химия

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Методы синтеза

3,4-замещённых мал еинимидов 17

1.1 Введение 17

1.2. Метод Фол. Получение 3,4-замещённых малеинимидных

систем циклизацей ацетамидных и глиоксалевых производных 17

1.3. Метод внутримолекулярной циклизации 29

1.4. Метод синтеза 3-замещённых 4-гидроксималеинимидов 31

1.5. Метод поэтапного введения заместителей в малеинимидное ядро 33

1.6. Конденсация изоцианата, алкина и оксида углерода (II) с образованием малеинимидного ядра 55

1.7. Синтез 3,4-диарилмалеинимидов методом конденсации арилацетонитрилов 56

1.8. Метод синтеза 3,4-бис(индол-3-ил)- и 3-арил-4-(индол-3-ил)малеинимидов из соответствующих малеиновых ангидридов 57

1.9. Заключение 59

Глава II. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.1. Синтез ключевых соединений - 3,4-бис(индол-1-ил)малеимидов, 3-ариламино, 3-алкиламино-, 3 -(индолин-1 -ил)-4-(индол-1 -ил)малеинимидов

60

2.2. Введение заместителей в положение 1 малеинимидного ядра 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимида 64

2.3. Введение заместителей в положение 3 индольного ядра 3.4-бис(индол-1-ил)мал еинимидов, 3-арилалкиламино- и 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимидов 64

2.3.1. Формилирование 64

2.3.2. Аминометилирование 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов

66

2.3.3. Модификация диметиламинометиного фрагмента 3,4-бис(индол-1-ил)-малеинимида и 3-(индол-1 -ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимида 68

2.4. Синтез 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и 3-замещённых-4-(индол-1-ил)малеинимидов, содержащих остатки алканкарбоновых кислот или алканолов в индольном ядре и синтез на их основе структур содержащих макроциклический фрагмент 74

2.5. Разработка методов модификации 9Ь,10-дигидроиндол[г,7':4,5,6]-пиррол [3 ',4' :2,3 ] [ 1,4] диазепино [1,7-й] индол-1,3 (2#)дионов, индол[Г,7':4,5,6]пиррол[3',4':2,3][1,4]диазепино[1,7-£г]индол-1,3(2Я)дионов и их производных 85

2.5.1.Формилирование и дальнейшая структурная модификация формильной группы производных диазенина[ 1,4] 86

2.5.2.Аминометилирование производных диазепина[1,4] 86

2.5.3.Модификация по атому азота малеинимидного ядра производных диазепина[1,4] 89

2.5.4. Синтез диазепинов[1,4] из малеинимидных систем, содержащих 3-замещённые индольные фрагменты 91

Глава III. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОЛУЧЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ 94

Глава IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 99

ВЫВОДЫ 177

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 179

Сокращённые обозначения заместителей и часто используемых

соединении

Рс1 кат. палладиевый катализатор

ЯТ комнатная температура

ДМСО диметилсульфоксид

ДМФА Ы,Ы-диметилформамид

ТГФ тетрагидрофуран

ТЭА триэтиламин

ДИЭА диизопропилэтиламин

кди карбонилдиимидазол

ТВБМ8С1 трет-бутилдиметилсилил хлорид

ТЕЮРБО трет-бутилдифенилсилил хлорид

ТВ АР тетра-бутиламмонияфторид

МбС1 метансульфонил хлорид (мезил хлорид)

ТФУ трифторуксусная кислота

М820 ангидрид метансульфоновой кислоты

п-ТСК п-толуолсульфоновая кислота

БМАР 4-(Ы,Ы-диметиламино)пиридин

СЬгС1 бензилхлорформат

ТЕ8Н триэтилсилилгидрид

Спектроскопические сокращения

8 химический сдвиг

с синглет

д дублет

дд дублет дублетов

дт дублет триплетов

т триплет

м мультиплет

Инд сигнал протонов индольного ядра или ароматической части

индолинового ядра С6Н4 сигнал протонов бензольного ядра

Другие сокращённые обозначения

IC50 концентрация соединения, вызывающая снижение активности

фермента на 50%

CDK1 (циклин зависимая киназа 1) Cyclin dependent kinase 1, киназа из

группы серин/треониновых протеинкиназ CaMKIIS Са-зависимоя протеин киназа, одна из трех форм киназ семейства

CaMKs (CaMKIIa, |3, и 8-формы) GSK3 протеинкиназа, участвующая в биосинтезе гликогена {Glikogen

synthase kinase 3), GSK3(3 ((3-форма) PKC(3 протеин киназа С. РКСа (а-форма), РКС|3 ((3-форма) VEGF-Rs семейство тирозиновых про теинкиназ участвующих в процессах регуляции ангиогенеза, включающие такие киназы как VEGF-R1, VEGF-R2, VEGF-R3 (vascular endothelial growth factor receptors) ITP ингибирование полимеризации тубулина {inhibition of tubulin

polymerization)

IVG ингибирование роста сосудов (inhibition of vessel growth)

ВВЕДЕНИЕ

Серин-треониновые и тирозиновые протеинкиназы - ферменты, участвующие в передаче сигналов от клеточной мембраны к ядру и аппарату генной транскрипции, играют ключевую роль в развитии основных заболеваний человека, включая различные виды опухолей, сердечнососудистые расстройства, диабет, шизофрению, нарушения иммунитета. Известны бактериальные киназы, которые обеспечивают образование бактериальных биопленок, поддержание толерантности и персистирования сложных популяций микроорганизмов. Таким образом, поиск новых ингибиторов протеинкиназ важен для борьбы с заболеваниями человека. Одним из перспективных классов химических соединений для поиска потенциальных ингибиторов протеинкиназ являются производные индол [2,3-а]пиррол[3,4-с]карбазола и структурно родственные им бис(индол-3-ил)малеинимиды. В 1977 году из природных источников выделен первый представитель этого класса соединений - антибиотик стауроспорин и было установлено его строение1.

В дальнейшем было выяснено, что многие природные соединения этого класса обладают противоопухолевой и другими ценными видами биологической активности. Ферментами-мишенями для этих веществ являются топоизомераза I и семейство ферментов протеинкиназ.

В настоящее время, судя по последним публикациям, основные усилия исследователей направлены на получение новых производных на основе 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимида - т.е.соединений, в которых индольный цикл присоединен к малеимидному кольцу через атом углерода СЗ. Синтезированы разнообразные замещенные в индольном кольце производные, а также такие, в которых один индольный цикл замещен

другим гетероциклом (например, бензофураном или бензотиофеном) или арильными заместителями.

Первые индол[2,3-а]пиррол[3,4-с]карбазолы - стауроспорин и его

2 3

агликон К 252с, были выделены из З^ерЮтусез Згаигозрогет (рис. 1). Стауроспорин оказался высокоактивным ингибитором целого ряда протеинкиназ, включая протеин киназу С, однако его действие было низко селективным. Также был выделен ребеккамицин из ЫосагсНа aerocolonigenesй>, облающей способностью ингибировать фермент топоизомеразу I5'6.

Рисунок 1.Ингибиторы РКС и топоизомеразы I содержащие в своей структуре индол[2,3-а]пиррол[3,4-с]карбазол.

Это открытие послужило толчком к изучению соединений этого класса. Позже, из Агсупа Оепис1ша были выделены структуры содержащие индол[2,3-а]карбазольный хромофор - аркириафлавины А, В и С, а также бис(индол-3-ил)малеимиды - аркириарубины А, В и С родственные индол[2,3-а]пиррол[3,4-с]карбазолам. Аркириарубины и аркириафлавины являются ингибиторами РКС7,8 (рис. 2).

Аркириафлавин А. К1 = И2 = Н

Аркириарубин А. Р1 = Р2 = Н,

Аркириафлавин В. Р1 = ОН, Р2 = Н Аркириарубин В. Р1 = ОН, Р2 = Н Аркириафлавин С. = И2 = ОН Аркириарубин С. Р1 = Н2 = ОН

Рисунок 2. Аркириафлавины и аркириарубины.

Упрощение структуры стауроспосрина привело к получению серии производных 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимида, ряд из которых используются в исследовательских целях как стандартные ингибиторы протеинкиназ (от В15-1 до В18-Х, рис. 3).

^ В15-1. Р = Ме ^ В18-111. Р = Н Р

Н

Вй-М. Р = 1МН2

В18ЛЛ11. Р = 8С(ЫН)МН2 В1Б-Х

Рисунок 3. Некоторые стандартные ингибиторы протеинкиназ на основе 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимида.

Несмотря на обилие работ в указанной области некоторые направления поиска новых потенциальных ингибиторов протеинкиназ остаются неизученными. Настоящая работа посвящена разработке методов синтеза и изучению свойств практически неизученных 3,4-бис(индол-1-

ил)малеинимидов, отличающихся от описанных ранее 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов способом сочленения индольного и малеинимидного фрагментов. Поэтому разработка методов синтеза и исследование свойств производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов является актуальной задачей.

Цель работы заключалась в разработке методов модификации 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и их производных - диазепинов[1,4] (9Ь,10-дигидро-1Я-индоло[Г,7,:4,5,6]-пирроло[3',4':2,3][1,4]диазепино[1,7-д,]индоло-1,3(2/У)-дионов), по положениям 3 индольных ядер и в положению 1 малеинимидного ядра с целью получения биологически активных соединений содержащих функциональные группы.

Научная новизна и практическая ценность работы. Разработаны два метода введения заместителей, содержащих биологически важные функциональные группы, в молекулы 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, 3-арилтио-, 3-алкиламино, 3-(индолин-1-ил)-4-(индол-1-ил)малеинимидов: 1) основанные на введении заместителей в индольный фрагмент 3-замещённого-4-(индол-1-ил)малеинимида; 2) синтезом З-замещенных-4-(индол-1-ил)малеинимидов с использованием в качестве исходных веществ (индолин-З-ил)алкановых кислот или (индолин-З-ил)алканолов. Разработан метод получения аминометильных и формильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов и диазепинов[1,4], а также методы их дальнейшей модификации. Разработан метод получения со-гидроксиалкоксиметильных производных 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимидов, Найден новый метод получения диазепинов[1,4], основанный на внутримолекулярной конденсации кватернизованных солей 3-(3-диметиламинометилиндол-1 -ил)-4-(индолин-1 -ил)малеинимидов. Разработан метод синтеза макролактонов на основе полифункциональных производных 3-(индол-1-ил)-4-(индолин-1-ил)малеинимидов. Разработаны методы модификации диазепинов[1,4] аннелированных с индольным, индолиновым

9

и малеинимидным ядрами путём введения функциональных групп как в индольное ядро молекулы, так и по атому азота малеинимидного ядра. Получено более 145 новых производных 3-замещенных 4-(индол-1-ил)малеинимидов, 3,4-бис(индол-1-ил)малеинимида, а также диазепина[1,4], изучены их биологические свойства. Среди новых соединений обнаружены ингибиторы ряда протеинкиназ, а также вещества, предотвращающие развитие лекарственной устойчивости опухолевых клеток. Новые ингибиторы протеин киназ защищены двумя патентами РФ. Публикации и апробации работы. По теме диссертации опубликованы 4 статьи: одна в Химико-фармацевтическом журнале9, одна в журнале «Journal of Medicinal Chemistry»10, две в журнале «Известия Академии наук. Серия химическая»11,12. Подана одна заявка на патент Российской Федерации13, получен один патент Российской федерации14.

Основные результаты работы были представлены на конференциях: Конференция по гетероциклической химии «XXI European Colloquium on Heterocyclic Chemistry» (12-15 сентября 2004 года. Сопрон, Венгрия)15, Всеросийская научно-практической конференция молодых учёных и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (19-22 мая 2005 года, г. Суздаль)16, Международная конференция «Advanced Science in Organic

i 7

Chemistry» (26-30 июня 2006 года, г. Судак, Украина) , Конференция «IV-th

Eurasian Meeting on Heterocyclic Chemistry», (27-31 августа 2006 года,

18

Салоники, Греция) , Всеросийская научно-практическая конференция молодых учёных и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (29 мая - 1 июня 2007 года, г. Рязань)19, Конференция «V-th Eurasian Meeting on Heterocyclic Chemistry», (1-6 марта 2008 года, Кувейт)20, Всероссийская конференция по органической химии «RUSSIAN CONFERERENCE ON ORGANIC CHEMISTRY» (25-30 октября 2009 года, г. Москва)21, Международная конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (21-25 июня 2010 года, г. Мисхор, Украина) , Вторая международная конференция

10

«Новые направления в химии гетероциклических соединений» (25-30 апреля

23

2011 года, г. Железноводск) .

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 197 страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения.

Автор выражает глубокую признательность своему научному консультанту: д.х.н. проф. Преображенской М.Н. (ГУ НИИНА им. Г.Ф. Гаузе РАМН), а также всем сотрудникам, принимавшим участие в проведении исследований: д.х.н. проф. Щекотихину А.Е. к.х.н. Лузикову Ю.Н., д.х.н. Королёву A.M., к.х.н. Резниковой М.И., к.х.н. Деженковой Л.Г. (НИИНА им. Г.Ф. Гаузе РАМН), сотрудникам лаборатории Даниленко В.Н. (ИОГен им. Н. И. Вавилова РАН), д.б.н. Штилю A.A. (РОНЦ им. H.H. Блохина), с.н.с. Елизарову С.М. (Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН).

Основные этапы работы были выполнены при финансовой поддержке грантов РФФИ: 06-03-32233, 10-03-00210-а, гранта Президента РФ НШ-5290-2010.4. а также Европейского сообщества в рамках программы «Protein Kinases, New Drug Targets for Post Genomic Era» (контракт № LSHB-CT-2004-503467). Государственный контракт с Минобрнауки РФ № 16.512.11.2198 и с Министерством торговли и промышленности № 11411.1008700.13.086.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ МЕТОДЫ СИНТЕЗА 3,43АМЕЩЁННЫХ МАЛЕИНИМИДОВ

1Л Введение*

Развитие исследований в области индол-содержащих малеинимидов связано с обнаружением в этом классе соединений с высокой биологической активностью. Среди соединений этого типа были обнаружены высоко активные ингибиторы протеинкиназ - ферментов, которые играют ключевую роль в передаче внутриклеточных сигналов во всех живых организмах, включая человека. Нарушение функционирования протеинкиназ приводит к развитию различных патологических состояний. Представление о том, что протеинкиназы можно рассматривать как мишени лекарственных средств, стало стимулом для бурного развития поиска новых ингибиторов протеинкиназ - потенциальных лекарственных препаратов. В настоящее время созданы библиотеки ингибиторов, содержащие сотни препаратов различного типа, среди них наиболее активные соединения нашли клиническое применение. Молекулярный механизм действия ингибиторов киназ основан на конкуренции с АТФ-связывающим участком каталитического домена фермента.

Обзор посвящен описанию методов получения 3,4-замещённых малеинимидов, среди которых обнаружены высоко активные ингибиторы различных протеинкиназ. Методы синтеза 3,4-замещённых малеинимидов можно классифицировать по способу синтеза ключевого малеинимидного ядра, а также по способу введения заместителей в подготовленную малеинимидную систему.

1.2. Метод Фол. Получение 3,4-замещённых малеинимидных систем циклизацей ацетамидных и глиоксалевых производных.

3,4-3амещённые малеинимидные системы были получены конденсацией производных глиоксалиевой кислоты и ацетамида24'25 (схема 1)*.

"Глава I «Обзор литературы» и «Обсуждение результатов» имеют независимую нумерацию соединений, схем, рисунков и таблиц.

о

R2

О

t-BuOK О

ТГФ,40-80% 1

Н

.0

Схема 1. Реакция конденсации производных глиоксалевой кислоты и ацетамида.

Метод Фол (Margaret М. Faul) широко используется для синтеза различных 3-арил-4-(индол-3-ил) малеинимидов, 3-(индол-1-ил)-4-(индол-3-ил) малеинимидов, а также 3,4-бис(индол-3-ил)малеинимидов. К достоинствам этого метода следует отнести хороший выход в реакции образования малеинимидного цикла, доступность исходных арил-, индолил-

ацетамидов, и метилового эфира (индол-З-ил)глиоксалевой кислоты.

26 21 28

Описан синтез ' ' серии 3-арил-4-(индол-3-ил)малеинимидов и 3-(индол-1-ил)-4-(индол-3-ил)малеинимидов, аналогов ранее изученного ингибитора Са-зависимых протеинкиназ 1 (BIS-III), имеющих различные арильные заместители в положении 3 малеинимидного ядра, также серии соединений типа 2 и 3 имеющие различные аминоалкильные заместители при атоме азота индольного ядра (Рисунок 1).

Рисунок 1. Ингибитор протеинкиназ BIS-III и некоторые производные 3-арил-4-(индол-3-ил)- и 3-(индол-1 -ил)-4-(индол-3-ил)малеинимидов.

Н Н н

OyNyO O^/N-x^O O^/N. 0

Cl

1 (BIS-III)

2

3

На схеме 1 представлен синтез И-замещённого З-метил(индол-З-ил)-метилглиоксалата. Продукт 6 получали алкилированием метилового эфира (индол-З-ил)глиоксалевой кислоты 4 3-бромо-1-Ы-Вос-аминопропаном 5 в присутствии ЫаН в ДМФА .

ОМе

О

ОМе

\ 1. ЫаН, ДМФА N 2.Вг

Н /

Г 78%

ВосНЫ 5 ВосНЫ

Схема 1. Синтез метилового эфира 2-(1-(3-(№-Вос-амино)пропил)индол-3-ил) глиоксалевой кислоты (6).

На схеме 2 представлен синтез 2-[1-(3-Ы-Вос-аминопропил)-индол-3-ил]ацетамида 11. Гетереауксин 7 бензилировали ВпВг в присутствии основания Сб2СО3 с образованием бензилового эфира (индол-З-ил)уксусной кислоты 7. Далее, бензиловый эфир 7 алкилировали З-бромо-ЫЧ-Вос-аминопропаном 5 в положение 1 (в условиях, аналогичных для соединения 6). Каталитическим гидрированием соединения 9 удалили бензильную группу, после чего карбоксильную группу 10 в присутствии КДИ и 1\ПН3 в

МеОН трансформировали в ацетамид 11.

ОН ОВп

7

\ ВпВг, СвСОз

N МеСЫ, 96% Н

Н2 Рс1/С МеОН, 87%

КДИ,

ЫН3/МеОН, 94%

ВосНЫ

Схема 2. Синтез 2-[1-(3-К-Вос-аминопропил)-1//-индол-3-ил]ацетамида (11).

Конденсация 11 с 12 и 6 с 13 привела к серии 3-замещённых-4-(индол-3-ил)малеинимидов 14 (Схема 3). Дальнейшее удаление защитной Вос-группы в присутствии НС1 привело к амину 15. По этой схеме были получены 3-замещённые 4-(индол-3-ил)малеинимиды, содержащие в третьем положении малеинимидного ядра �