Синтез и превращения 2,3-секотритерпеноидов и их циклических предшественников тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

0050ПО"0

На правах рукописи

ГАЛАЙКО Наталья Владимировна

СИНТЕЗ И ПРЕВРАЩЕНИЯ 2,3-СЕКОТРИТЕРПЕНОИДОВ И ИХ ЦИКЛИЧЕСКИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 С 0ЕЗ Ш

Пермь-2012

005011508

Работа выполнена в лаборатории биологически активных соединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института технической химии Уральского отделения Российской академии наук, Пермь

Научный руководитель: Гришко Виктория Викторовна,

кандидат химических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Катаев Владимир Евгеньевич,

доктор химических наук, профессор, в.н.с. ИОФХ

им. А.Е. Арбузова Казанского НЦ РАН, г. Казань

Абашев Георгий Георгиевич,

доктор химических наук, в.н.с. ИТХ УрО РАН,

г. Пермь

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный

Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург

Защита, состоится 27 февраля 2012 г. в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 004.016.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте технической химии УрО РАН по адресу: 614013, г. Пермь, ул. Академика Королёва, 3

Тел. (342) 237-82-66, факс (342) 237-82-62, e-mail: dissovet.016@itch.perm.ru. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТХ УрО РАН.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу ИТХ УрО РАН, в диссертационный совет Д 004.016.01.

Автореферат разослан 26 января 2012 г.

Автореферат размещен на сайте ИТХ УрО РАН http://itch.perm.ru 26 января 2012г., на сайте Минобрнауки РФ - 26 января 2012 г.

Ученый секретарь Л]

диссертационного совета, i/V * j \

кандидат химических наук | Горбунов A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Перспективное направление современной медицинской химии - поиск новых сырьевых источников и оригинальных путей трансформации известных низкомолекулярных природных метаболитов для получения эффективных лекарственных препаратов. Значимые результаты в этой области достигнуты при использовании терпеноидов растительного происхождения. Так, разнообразные производные с широким спектром биологической активности (включая противовирусную, противоопухолевую, противовоспалительную, иммуномодулирующую, антибактериальную) получены в результате химических превращений лупанового тритерпеноида бетулина и его доступного производного - бетулиновой кислоты. В литературе описаны примеры химической модификации бетулина и бетулиновой кислоты преимущественно по С-3, С-28 и С-30 углеродным центрам. Значительно реже проводятся исследования, связанные с изменением карбоциклического остова данных соединений. Вместе с тем, например, лупановые А-секопроизводные обнаружены в составе экстрактов лекарственных растений и среди цитотоксичных продуктов микробной трансформации бетулина и бетулоновой кислоты, опубликованы данные о полусинтетических дикарбоновых кислотах 2,3-секолупанового типа с высокой цитотоксической и анти-ВИЧ активностью, а также биологически активных 2,3-секолупановых альдегидонитрилах. При этом в литературе описаны лишь единичные примеры дальнейшей функционализации или трансформации образующихся в процессе синтеза А-секотритерпеноидов. В связи с этим направление исследований по разработке путей синтеза новых А-секотритерпеноидов с перспективными для дальнейшей модификации функциональными группами и получению на их основе оригинальных биологически активных производных является актуальным.

Цель настоящей работы - поиск возможных путей превращения 2,3-секотритерпеновых альдегидонитрилов и их циклических

предшественников,, полученных на основе доступных тритерпеноидов -бетулоновой кислоты, её метилового эфира, аллобетулона и метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты. Исследование биологической активности продуктов синтеза.

Основные задачи исследования

1. Осуществить трансформацию базовых 2,3-секотритерпеновых альдегидонитрилов и их циклических предшественников в линейные и циклические гетероатомные производные.

2. Разработать методы синтеза А-пентациклических тритерпеноидов на основе 2,3-секотритерпеновых производных.

3. Оценить терапевтическую перспективность продуктов синтеза в качестве противоопухолевых и противовирусных агентов.

Научная новизна и практическая значимость работы

На основе базовых А-секотритерпеновых альдегидонитрилов и их циклических предшественников получены А^О-со держащие линейные (функционализированные гидразоны, гидразиды, альдоксимы, динитрилы) и гетероциклические (замещенные 1,3,4-оксодиазолины и 5-метилизоксазолы) тритерпеновые производные, в т.ч. с высоким уровнем противовирусной и цитотоксической (противоопухолевой) активности. Проведен анализ взаимосвязи структуры и биологической активности синтезированных соединений. Выявлена ключевая роль тритерпенового скелета и амидного протона гидразонового фрагмента 2,3-секо-19р,28-эпокси-18аН-олеананового ацетилгидразона в эффективном ингибировании репродукции вируса везикулярного стоматита (ВВС).

Предложены пути синтеза новых циклических и 2,3-секотритерпеновых производных 18рН-олеананового типа на основе метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты.

Впервые реакцией Торпа-Циглера из 2,3-секотритерпеновых динитрилов получены оригинальные А-пентациклические енаминонитрилы.

Показана возможность альтернативной рециклизации базовых 2,3-секоальдегидонитрилов с образованием А-пснтациклических еннитрилов.

Выявлены основные закономерности проявления противоопухолевой активности 2,3-секотритерпеновыми 1,3,4-оксодиазолинами.

Среди продуктов синтеза обнаружена терапевтически перспективная 3-гидроксимино-1-циано-2,3-секолуп-20(29)-ен-28-овая кислота, обладающая сочетанным противовирусным действием в отношении вирусов иммунодефицита человека I типа (ВИЧ-1) и гриппа А.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на 1 и II Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Пермь, 2008, 2010; 1У-ой Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья», Барнаул, 2009; Международной научно-практической конференции «Инновации в теории и практике управления отходами», Пермь, 2009; XII Молодежной конференции по органической химии, Суздаль, 2009; I Всероссийской конференции серии СЬет^УазСеСЬет «Химия и полная переработка биомассы леса», Санкт-Петербург, 2010; XIV Молодежной конференции по органической химии, Екатеринбург, 2011; Международной конференции «Возобновляемые лесные и растительные ресурсы: химия, технология, фармакология, медицина», Санкт-Петербург, 2011; XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Волгоград, 2011; I Всероссийской с международным участием школе-конференции молодых учёных «Современные проблемы микробиологии, иммунологии и биотехнологии», Пермь, 2011.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах «Биоорганическая химия», «Химия природных соединений», «Вестник Уральской Медицинской Академической Науки», 1 патент РФ, зарегистрирована заявка на патент РФ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 6 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав обсуждения результатов, 1 главы экспериментальных исследований, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 147 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Связь работы с научными программами. Работа выполнена в соответствии с планом НИР Института технической химии УрО РАН и является частью исследований, проводимых по темам «Развитие методов тонкого органического синтеза и биокатализа для получения биологически активных соединений из высших терпеноидов и гетероциклов на их основе» (№ госрегистрации 01200800160) и «Химико-ферментативный синтез физиологически активных соединений на основе полициклических изопреноидов» (№ госрегистрации 01201002640). Работа поддержана грантами ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственный контракт № 11.519.11.2033.), Программы президиума РАН «Разработка методов синтеза гетероциклических соединений с заданными биологическими и физико-химическими свойствами» (№ 09-П-3-1016), Междисциплинарного проекта, выполняемого в содружестве с учеными СО РАН «Дизайн, синтез и исследование противовирусных, противомикробных и цитотоксических свойств азотсодержащих производных на основе полициклических терпеноидов и алкалоидов» (№ 09-С-3-1021), Российского фонда фундаментальных исследований (№ 08-03-00265а, № 09-03-00642а, № 10-03-96044-р_з'рал_а), а также субсидией Министерства образования Пермского края на реализацию научного проекта международной исследовательской группой ученых на базе научной организации Пермского края (2011-2013 гг.) и Именной стипендией Пермского края II категории.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе рассмотрены результаты исследования возможных путей превращения 2,3-секотритерпеноидов и их предшественников, полученных из доступных полициклических тритерпеноидов - бетулоновой кислоты и её метилового эфира, аллобетулона и метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты. Приведены данные по оценке противовирусной и противоопухолевой активности продуктов синтеза.

Синтез линейных и циклических гетероатомных А-секотрнтсрпеноидов

Ранее в лаборатории биологически активных соединений ИТХ УрО РАН на основе доступного тритерпеноида бетулина разработана схема синтеза 2,3-секотритерпеновых производных 10-15 лупанового и 19р,28-эпокси-18аН-олеананового типов, включающая стадию фрагментации по Бекману а-гидроксиоксимов 7-9 (схема 1).

1-Циано-2,3-секоальдегидонитрилы 10-12 использованы в качестве ключевых ингермедиатов в синтезе новых линейных и гетероциклических /V, О-содержащих А-секопроизводных.

Синтез лупановых и 19р,28-эпокси-18аН-олеанановых 2,3-секотрнтерпеновых гндразонов. Учитывая ранее описанные данные об анти-ангиогенной и противовирусной активности гидразонов и гидразидов

Схема 1

бетулоновой кислоты, взаимодействием замещенных гидразинов с базовыми альдегидонитрилами 11, 12 в условиях кислотного катализа с выходами 1268% получены 2,3-секотритерпеновые гидразоны лупанового 16а-н и 18аН-олеананового 17а-ж,м,н типов (схема 2). В спектрах 'Н-ЯМР синтезированных гидразонов, наряду с сигналами протонов тритерпенового фрагмента, регистрируются сигналы протона при С-3 в области 7.15-7.83 м.д., а также амидного (8.54-10.35 м.д.) или аминного протона (7.38-10.40 м.д.) для ацилгидразонов или гидразонов, соответственно.

Схема 2.

rhnnh2,

R С2Н5ОН, CHjCOOH, 22°С

RNHN—Н

11, 12

R (11,16)

16а-н, 17а-ж,м,н (12-68%)

. -J1

R(12,17)

COOCH,

R = СН3СО- (а); С4Н,<рНСО- (б); С1()Н21СО - (в); С,4Н,,СО- (г); С^СО- (д); С2Н5

а

XX

ОСИ;—COCI

«аХХ^—О'™^

_J ^ОСИ2С

00:

Для гидразонов карбонильных соединений возможны пространственные структуры с различным положением заместителей относительно иминной связи - геометрическая £,7-изомерия или в случае ацилгидразонов -конформационная Е,?-, £,£'-, 2,Х- и 2,£'-изомерия, обусловленная дополнительной амидной связью. Несмотря на теоретическую возможность четырех конформеров, в спектрах большинства ацилгидразонов 16а-л, 17а-ж наблюдается лишь удвоение отдельных сигналов, отнесение которых к Е,Т- и £,£'-конформерам проведено на основании интегральной интенсивности и

известных закономерностей проявления резонансных сигналов иминных и амидных протонов. Согласно спектральным данным, соотношение Е,К- и Е^'-комформеров в парах с одинаковым ацильным радикалом составляет 7:3 для гидразонов 16е, 17е, 4:6 - для гидразонов 16ж, 17ж, 1:1— для гидразонов 16к,л. Для соединений 16а-г, 17а-г содержание Е,Е'-изомера в смеси не превышает 10%, спектры 'Н-ЯМР остальных ацилгидразонов содержат только один набор сигналов.

Гидразоны 16м, 17м существуют в виде геометрических изомеров в соотношении 7:3 (2:£), а для гидразонов с фрагментом 1-фталазина удвоение сигналов в спектре '.Н-ЯМР регистрируется только в случае олеананового производного 17н-3:7 {7„:Е).

Для анализа влияния на уровень противовирусного действия тритерпенового фрагмента, функциональных заместителей и природы химической связи анти-ВВС активных лупанового и 18аН-олеананового ацетилгидразонов получены их структурные аналоги: 18рН-олсанановый ацетилгидразон, Л^А^-диацетильные и гетероциклические производные трех структурных типов, секолулановые ацетилгидразоны с С-28 амидным фрагментом и секотритерпеновые 3(28)-моно(ди)гидразоногидразиды.

Синтез циклических 2-гидроксимино- и 1-циано-2,3-секопроизводных на основе 3,11,30-триоксо-30-метокси-18рН-олеан-12(13)-ена. Известно, что глицирретовая кислота и производное на ее основе - циклоксолон обладают ингибирующим действием в отношении всех стадий репликационного цикла ВВС. В связи с этим предложен путь синтеза новых циклических и 2,3-секотритерпеновых производных 18рН-оленанового типа из метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты, в т.ч. С-3 ацетилгидра-зона 24 - структурного аналога 18аН-олеананового ацетилгидразона 17а.

З-Гидроксиминопроизводные 19 и 20 получены из метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты 18 (схема 3) по описанному ранее методу (см. схема 1). В спектрах 'Н-ЯМР, записанных для растворов соединений 19, 20 в

0М80-с1б, сигнал протона гидроксиминного фрагмента регистрируется в области 11.65 м.д. и 10.42 м.д., соответственно. В результате расщепления по Бекману кольца А гидроксиминоспирта 20 получен 2,3-секоальдегидонитрил 21, в спектре 'Н-ЯМР которого протон альдегидной группы при атоме С-3 проявляется в виде синглета с химическим сдвигом 9.67 м.д. В результате восстановительно-окислительных превращений 2,3-секоапьдегидонитрила 21 синтезированы соответствующие 3-гидрокси- (22) и 3-карбокси- (23) производные (схема 3). В спектрах 'Н-ЯМР 2,3-секогидроксинитрила 22 метиленовые протоны при С-3 регистрируются в виде дублетов с центрами 3.33 и 3.58 м.д. В спектре |3С-ЯМР соединений 22 и 23 сигнал атома С-3 резонирует при 72.11 м.д. и 183.47 м.д., соответственно.

Схема 3.

Реагенты и условия-, (а) ¡<;^,,ОШЛ-ВиОН/1-ВиОК; (6) ЫаВН/СНзОН; (в) ТвО/СзНзЫ; (г) СгОуНгЯОДОЩгСО; (д) СН3СОЫНМ 1уС211^01[/СН3СООН

На основе синтезированного 18рН-олеананового 2,3-секоальдегидонитрила 21 взаимодействием с гидразидом уксусной кислоты в этаноле в присутствии каталитических количеств ледяной уксусной кислоты

с выходом 19% получен 18рН-олеанановый ацетилгидразон 24 (схема 3), в спектре 'Н-ЯМР которого наряду с сигналами протонов, характерными для 18рН-олеананового фрагмента и ацетильного заместителя, регистрируются синглет протона при углеродном атоме С-3 в области 7.21 м.д. и уширенный синглет амидного протона в области 8.77 м.д.

Трансформации 2,3-секотритерпеновых ацетилгидразонов. Для определения влияния амидной связи на проявление противовирусной активности ацетилгидразонов рассмотрена возможность замещения амидного протона гидразонового фрагмента в условиях направленной трансформации ацетилгидразонов 16а, 17а и 24 под действием уксусного ангидрида в пиридине в присутствие триэтиламина в соответствующие Лг,Лг-диацетильные производные 25-27 (схема 4).

Схема 4.

КС^ЧЛ" снсо ЦДд сп/:о

аьсом^.сДД —^Ч^ХЛ + Л/С

й

'С—О : й

16а, 17а, 24 5'1 I

СИ) С|ь

28а-30а (Я), (6-14%) 286-3060), (7-12%)

2'(/!)-юомер: 2'(5)-изомер I 2:1 (данные 'Н-ЯМР)

сад о ( \

NN=110^/^0? Реагенты и условия: (а) Ас20/С6Н5Н/Ы(С2Н5)з, 140°С; (6) Ас20,60°

СНзСО

25-27(14-22%)

Н(16а,25,28а,б)=/ К (17л, 26,293,6)=« .. К (24,27,30а,б) = „„

_г, V *.._ „соомг

¡"9

:оость

В 'Н-ЯМР спектре полученных соединений 25-27 (в сравнении с исходными ацетилгидразонами), регистрируется сдвиг в слабопольную (7.917.94 м.д.) область сигнала иминного протона при С-3 и удвоение интегральной интенсивности сигнала при 2.39-2.41 м.д., соответствующего протонам ацильных заместителей при атоме азота.

С целью оптимизации противовирусной активности рассмотрена возможность использования 2,3-секоацетилгидразонов в качестве платформы для построения гетероциклических систем. Установлено, что надевание 2,3-секоацетилгидразонов 16а, 17а, 24 в уксусном ангидриде приводит к образованию смеси замещенных диастереомериых 1,3,4-оксадиазолинов 28-30(а,б) (схема 4). При этом в качестве минорных продуктов реакции зафиксировано образование диацетильных производных 25-27. Строение 1,3,4-оксадиазолинов 28-30(а,б), выделенных в индивидуальном виде с помощью метода колоночной хроматографии, подтверждается наличием в 'Н-ЯМР спектрах сигналов С-5' метильного и С-3' ацетильного заместителей оксадиазолинового цикла в области 2.06-2.09 и 2.22-2.24 м.д., соответственно.

Конфигурация асимметрического атома С-2' оксадиазолинового цикла установлена на основании данных РСА об абсолютной структуре (й)-диастереомера 29а (рис. 1). Соотношение индивидуальных (7?)- и (5)-диастереомеров (2:1) в смеси продуктов реакции определено по интегральной интенсивности синглетов С-2' протонов диастереомеров, разница в химических сдвигах которых в 'Н-ЯМР спектрах составляет 0.06-0.07 м.д.

В плане направленного синтеза соединений с мультимедикаментозной активностью интерес представляла возможность введения в

X

Рис. 1. Структура (Я)-изомера 29а .

' РСА соединений 29а и 50 выполнен руководителем группы рентгеноструктурного анализа ИОС им. И.Я. Постовского УрО РАН к.х.н. П.А. Слепухиным.

2,3-секолупановые ацетилгидразоны С-28 амидного заместителя. С этой целью синтезированы амидные коньюгаты 2,3-секолупанового ацетилгидразона с этил-р-аланинатом и изопропиламином 32а,б, для получения которых проведены С-28 амидирование 1-циано-2,3-секолуп-20(29)-ен-3-аль-28-овой кислоты 10 и последующая функционализация С-3 альдегидной группы ацетилгидразидом (схема 5). В 'Н-ЯМР спектрах соединений 32а,б регистрируются сигналы иминного протона (7.20 м.д.), протонов ацетильной группы (2.22 м.д.) и амидных протонов при С-3 и С-28 (9.13-9.15 и 5.32-6.22 м.д., соответственно).

Схема 5.

И =. С,Н5ОСОа1,СНг (>); (СН^СП- (б) Реигешпы и условиях (а) (СОС^/ОВД, 22ЧС, (6) RNHV(C2Hs)JN/CH2a^ 22*10; (в) С( IjCO.NI 1МНуС,1 1,-01 1СН,С0011. 22°С

Синтез 2,3-секотритерпеновых гидразоногидразидов. О влиянии природы химической связи на биологические свойства судили на основании результатов исследования противовирусной активности 2,3-секогидразоногидразидов 35а-в, Зба-в, полученных кислотно-катализируемой конденсацией 2,3-секотритерпеновых 1 -циано-З-гидразидов 33,34 с альдегидами (схема 6).

Схема 6.

В спектрах. 'Н-ЯМР 35а-в, Зба-в наряду с сигналами протонов, характерными для тритерпенового фрагмента, регистрируются сигналы иминного и амидного протонов в области 7.27-8.14 и 8.36-9.32 м.д., соответствен но.

В аналогичных условиях с выходами 63-64% синтезированы производные 39а,б на основе дигидразида 2,3-секолупановой 3,28-диовой кислоты 38 (схема 7).

Схема 7.

Реагенты и уськаи,: (а) (СОауСНДг, 22"С; (6) М12МН2 х Н/УСН/!!;, </С. (в) КСТЮ/С2Н50И/СН,С001|, 22'С

Иминный и амидный протоны С-3 гидразидного фрагмента в спектрах 'Н-ЯМР соединений 39а,б проявляются в виде синглетов в сильнопольной области 8.06-8.13 и 8.90-9.03 м.д., соответственно; в то время как аналогичные протоны С-28 гидразидного фрагмента резонируют в более слабом поле-8.15-8.25 и 9.01-9.16 м.д., соответственно.

Реакции циклизации 1-циано-2,3-секотритерпе110идов Многочисленными исследованиями показано, что 2-циано-1-еновый фрагмент в кольце А играет определяющую роль в проявлении цитотоксических свойств полусинтетических тритерпеновых производных. С целью получения новых биологически активных соединений с изомерным 1-циано-1-еновым фрагментом, структурно подобных природной цитотоксически активной А-пентациклической цеанотовой кислоте, нами впервые реализован путь синтеза А-пентациклических тритерпеноидов на основе 1-цианозамещенных 2,3-секотритерпеновых производных. Для

построения пятичленного цикла А в структуре тритерпеновой молекулы использована реакция внутримолекулярной циклизации Торпа-Цигпера, предполагающая конденсацию динитрилов с образованием соответствующего имина или его таутомерной формы - сопряженного енаминонитрила.

Ключевые тритерпеновые 1,4-дицианоинтермедиаты 43-45 (схема 8) для реакции Торпа-Циглера получены на основе базовых 1-циано-2,3-секоальдегидонитрилов 10-12: через соответствующие апьдоксимы 40-42 (способ № 1) или one-pot реакцией в условиях гетерогенного катализа на KF/AJ2Oj (способ № 2). Согласно экспериментальным данным (табл. 1), выход соединений 43-45 в условиях one-pot реакции в 1,5-2,0 раза превышает таковой при использовании двустадийного метода синтеза.

Схема 8.

48-50 (21-30%)

Таблица 1.

Синтез 2,3-секотритерпеновых динитрилов 43-45

№

Соединения

Выход, %*

Способ № 1

Способ № 2

43

44

45

33

25

26

41 50 40

* В пересчете на исходные 2,3-секоальдегидонитрилы 10-12.

Об образовании 2,3-секотритерпеновых альдоксимов 40-42 судили по наличию в спектрах 'Н-ЯМР в области 7.53-7.74 м.д. характерного синглетного сигнала протона гидроксиминного заместителя при атоме углерода С-3 и специфическому смещению сигналов мегиленовых протонов при атоме углерода С-1 в область слабого поля по сравнению с исходными альдегидонитрилами 10-12. В спектрах 13С-ЯМР соединений 43-45 сигналы атомов углерода С-1 и С-4 цианогрупп проявляются при 118.24-118.25 м.д. и 126.08-126.17 м.д., соответственно.

В условиях внутримолекулярной циклизации Торпа-Циглера целевые продукты с фрагментом енамина и нитрилыюй группой в пентациклическом кольце А 46 и 47 с выходом 13-14% получены при использовании в качестве динитрильной компоненты соединений 44 и 45. При введении в реакцию 1,4-дицианопроизводного 43 образуется трудноразделимая многокомпонентная смесь. В спектрах 'Н-ЯМР енаминонитрилов 46, 47 регистрируется характерный уширенный синглет протонов аминогруппы при двойной связи при 4,32-4.37 м.д. В спектрах |3С-ЯМР сигналы углеродов С-1 и С-3 наблюдаются в области 87.61-88.31 м.д. и 169.02-169.11 м.д., соответственно. В пользу предлагаемого строения енаминонитрилов свидетельствуют характерные кросс-пики С(1)/Н2Ы и С(4)/Н2М в двумерном спектре ЯМР 13С-'Н (НМВС).

Обнаружено, что более эффективно (21-30%) процесс пентациклообразования протекает в условиях внутримолекулярной рециклизации базовых 2,3-секоальдегидонитрилов (см. схема 8). Строение образующихся при этом А-пентациклических тритерпеновых производных с фрагментом еннитрила 48-50 установлено на основании регистрации сигнала олефинового протона при 6.40-6.42 м.д. в спектрах 'Н-ЯМР и сигналов при 118.06-118.19 (С-2), 125.19-125.50 (С-1) и 157.94-158.07 (С-3) м.д. в спектрах "С-ЯМР. В пользу предложенных структур свидетельствуют данные РСА о строении еннитрила 50 (рис. 2).

а X г-.

! , v '^Г ■vA /КГ-

„ l,/^ w

Рис. 2. Структура енинтрила 50.

Один из альтернативных подходов к введению нитрильной функции в третье положение 2,3-секотритерпеновой молекулы - реакция цианэтилиро-вания, широко используемая в синтезе соединений с выраженными биологическими свойствами, в том числе гетероциклических производных.

В результате цианэтилирования акрилонитрилом 1-циано-2,3-секоальдоксимов 41 и 42 в дихлорметане в присутствии КОН с выходами 5770% получены 3-(2-цианоэтоксимино)производные 51 и 52 (схема 9).

Схема 9.

1

3- Г г МСС112СН;,(^

41 42 " МОН

51,52(57-70%) 53(17%)

R( II, 41,51,53)= Г Т >соосн, R (12,42,52) =

Реагенты а условия: (а) CNCIi-CIVCHjCUKOH, 22°С; (6) NH2OH/BuOH, 60°С

Известно, что для оксимов и их производных характерна геометрическая f.Z-изомерия, связанная с различным положением заместителей относительно иминной связи. В спектрах 'Н-ЯМР соединений 51 и 52 наблюдается удвоение триплетных сигналов С-2' метиленовых протонов цианоэтоксиминого фрагмента, соответствующих Е- (2.69-2.70 м.д.) и Z-форме (2.68-2.69 м.д.). Согласно интегральной интенсивности указанных сигналов соотношение Е- и Z-изомеров составляет 1:1. Триплеты С-Г

метипеновых протонов цианоэтоксиминого фрагмента соединений 51, 52 в. спектрах 'Н-ЯМР регистрируются в области 4.20-4.21 м.д. Установлено, что в условиях реакции Торпа-Циглера протекает превращение олеананового динитрила 52 в исходный альдоксим 42. На примере лупанового цианоэтоксиминопроизводного 51 показана возможность синтеза цитотоксически активного амидоксима 53, характеристичными сигналами 'Н-ЯМР спектра которого являются синглет С-3 протона при 7.55 м.д. и синглет протонов аминогруппы в области 5.61 м.д.

Превращения циклических предшественников 2,3-сскотритерпеноидов Циклическими предшественниками лупановых и олеанановых 2,3-секоальдегидонитрилов 11-12 являются 2-шдроксиминопроизводные 5, 6 и 8, 9 (см. схема 1), которые рассмотрены нами в качестве стартовых в синтезе новых линейных и циклических гетероатомных тритерпеновых производных.

Схема 10.

Установлено, что под действием акрилонитрила на З-гидрокси-2-гидроксиминное производное лупанового типа 8 в присутствии КОН протекает направленное С-2 моноцианэтилирование с образованием 54, а в

случае олеананового производного 9 - динитрила 55, селективное расщепление которого под действием амида натрия приводит к С-2 моноцианэтилышму производному 56 (схема 10). В спектрах 'Н-ЯМР соединений 54-56 регистрируются триплеты метиленовых протонов при углеродных атомах С-Г (4.26-4.28 м.д.), С-2' (2.69-2.71 м.д.), С-4' (3.74 м.д.) и С-5' (2.64 м.д.).

Взаимодействием а-гидроксиоксимов 8 и 9 с хлористым ацетилом в пиридине осуществлен синтез диацетоксипроизводных 57, 58 (схема 11). Об ацилировании обоих гидроксильных фрагментов свидетельствуют сигналы метальных протонов двух ацильных групп в 'Н-ЯМР спектрах в области 2.132.17 м.д.

Схема II.

он

При действии хлористого ацетила отмечается направленное превращение тритерпеновых З-оксо-2-оксимов 5, 6 в метилизоксазолы 59, 60 (схема 11). В 'Н-ЯМР спектрах соединений 59, 60 отсутствуют характерные сигналы метиленовых протонов при С-1 (С-4') и регистрируется синглет протонов метальной группы при С-5' изоксазольного фрагмента в области 2.48-2.49 м.д.

Следует отметить, что формирование изоксазольного цикла, аннелированного с кольцом А тритерпенового скелета по связи С-1-С-2,

свидетельствует в пользу аи/як-изомерии 2-гидроксиминного фрагмента соединений 5,6, вопрос о конфигурации которых оставался открытым.

В результате исследования биологической активности* 62 модифицированных 2,3-секотритерпеноидов и их предшественников отобраны производные с высокой противовирусной и цитотоксической активностью, а также:

• обнаружены основные закономерности проявления противоопухолевой активности 2,3-секотритерпеновых 1,3,4-оксодиазолинов в отношении перевиваемых опухолевых клеток человека линий рабдомиосаркомы RD-TE32, рака легкого А-549 и меланомы MS;

• выявлена высокоэффективная 3-гидроксимино-1-циано-2,3-секолуп-20(29)-ен-28-овая кислота, сочетающая противовирусную активность в отношении ВИЧ-1 и вируса гриппа А;

• исследовано влияние тритерпенового остова, амидного протона и фармакофорных С-3, С-28 заместителей линейных и циклических гетероатомных 2,3-секотритерпеновых производных на эффективность ингибирования репродукции ВВС in vitro; отобран 2,3-секо-19р,28-эпокси-18аН-олеанановый ацетилгидразои, проявляющий в условиях релевантных животных моделей высокий уровень анти-ВВС активности и стимулирующий эффект на гуморальный иммунный ответ при локальной и системной иммунизации.

* Изучение противовирусной активности проводили в Филиале ФГУП "НПО Микрогсн"МЗ РФ "Пермское НПО Биомед" (вирус везикулярного стоматита штамм «Индиана», г. Пермь) и в Республиканском научно-практическом центре эпидемиологии и микробиологии Минздрава Республики Беларусь (ВИЧ-1, вирусы герпеса простого и гриппа А, г. Минск). Данные по цитотоксической активности получены в Институте технической химии УрО РАН (г. Пермь). Иммунотропиая активность изучена в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь).

21

Выводы

1. Показано, что 2,3-секотритерпеновые альдегидонитрилы являются перспективной платформой для получения новых линейных и циклических гетероатомных производных. Осуществлен синтез и выявлены основные особенности строения 3(28)-функционализированных А-секотритерпеновых гидразонов, гидразидов, 1,3,4-оксадиазолинов, альдоксимов и динитрилов.

2. Экспериментально обосновано использование 2,3-секоальдегидонитрилов и их 1,4-динитрильных производных в качестве ключевых интермедиатов и реакции внутримолекулярной циклизации Торпа-Циглера как основного подхода для направленного синтеза тритерпеновых структур с 1-циано-1-еновым фрагментом в А-пентацикле.

3. Впервые реализована схема синтеза 2,3-секотритерпеновых производных 18рН-олеананового типа на основе метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты.

4. Установлено, что реакции ацилирования и цианэтилирования производных аллобетулона и метилового эфира бетулоновой кислоты с 2-гидроксииминным фрагментом эффективны для получения новых тритерпеновых производных. На основе циклических 2-гидроксимииопроизводных предложен синтетический подход, позволяющий вводить в тритерпеновую структуру аннелированный по стороне [а] фрагмент изоксазола.

5. В результате исследования биологической активности продуктов синтеза выявлены тритерпеновые производные с высокой цитотоксической активностью и соединения, эффективно ингибирующие репродукцию ВИЧ-1, вирусов везикулярного стоматита и гриппа А.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Толмачева И. А., Галайко Н.В., Гришко В.В. Синтез ацилгидразонов на основе лупановых и 19р,28-эпокси-18а-олеанановых 2,3-секоальдегидонитрилов // Химия природных соединений. - 2010. - Т. 46. - № 1,- С. 37-40.

2. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В., Волкова JI.B., Перевозчикова E.H., Пестерева С.А. Противовирусная активность лупановых и 19р,28-эпокси-18а-олеанановых 2,3-секотритерпеновых гидразонов // Биоорганическая химия. - 2010. - Т. 36. - № 4. — С. 556-562.

3. Толмачева И.А., Галайко Н.В., Гришко В.В. Синтез 1-циано-2,3-секопроизводных глицирретовой кислоты // Химия природных соединений. -2011. - Т. 47. - № 2. - С. 226-228.

4. Галайко Н. В., Баева Т.А., Кетова Ю. А., Волкова JI. В., Гейн С. В., Гришко В. В. Противовирусная и иммунотропная активность А-секотритерпенового ацетилгидразона // Вестник Уральской медицинской академической науки. -2011. - Т. 38. -№ 4/1. - С. 126-127.

5. Гришко В.В., Толмачева И.А., Галайко Н.В., Стрельников В.Н. Волкова Л.В. Перевозчикова E.H. Пестерева С.А., Казьянин A.B. // Ацетилгидразон 1-циано-19р,28-эпокси-2,3-секо-18а-олеан-3-аля, проявляющий ингибирующую активность в отношении вируса везикулярного стоматита штамм «Индиана». Патент РФ № 2429227.20.09.2011г.

6. Галайко Н.В., Толмачева И. А., Гришко В.В. Синтез тритерпеновых 2,3-секодинитрилов на основе бетулина Н Материалы XI Молодежной научной школы-конференции по органической химии. -Екатеринбург. -2008. - С. 280-281.

7. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Вихарев Ю.Б., Гришко В.В. Синтез структурных аналогов цеанотовой кислоты на основе бетулина // Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Инновации в теории и практике управления отходами». - Пермь. - 2009. - С. 65-67.

8. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В., Савинова О.В., Бореко Е.И., Волкова JT.B., Перевозчикова E.H., Пестерева С.А. Синтез и противовирусная активность ацетилгидразона 1-циано-2,3-секо-19р,28-эпокси-18а-олеанан-3-аля // Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Инновации в теории и практике управления отходами». - Пермь. -2009. - С. 67-69.

9. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В. Синтез 2,3-секотритерпеновых гидразонов // Материалы XII Молодежной конференции по органической химии. - Суздаль. - 2009. - С. 232-234.

10. Галайко Н.В., Толмачева И. А., Гришко В.В. Синтез бензилиденгидразидов на основе 2,3-секотритерпеновых 1-циано-З-карбогидразидов // Материалы II Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике». - Пермь. - 2010. — Т. I. — С. 125129.

11. Толмачева И.А., Галайко Н.В., Гришко В.В. Синтез 11,30-диоксо-30-метокси-1-циано-2,3-секоолеан-12(13)-ен-3-аля // Материалы II Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике». — Пермь.-2010.-Т. 1.-С. 408-412.

12. Галайко Н.В., Толмачева И. А., Гришко В.В. Синтез и превращения 2,3-секотритерпеноидов // Материалы XIV Молодежной научной школы-конференции по органической химии. - Екатеринбург. -2011.-С. 64-66.

13. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В., Волкова Л.В., Перевозчикова E.H., Пестерева С.А. Синтез и оценка противовирусной активности 2,3-секогидразоногидразидов олеананового типа // Сборник докладов конференции «Актуальные проблемы химии природных соединений». - Ташкент. - 2009. - С. 182.

14. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В. Синтез гидразонов на основе олеанановых и лупановых 2,3-секоальдегидонитрилов // Материалы

IV Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья». - Барнаул. - 2009. - Кн. 2. - С. 279-280.

15. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В. Внутримолекулярная конденсация 2,3-секотритерпеновых 1,4-дицианопроизводных П Сборник докладов и тезисов IV Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ». - С. Петербург. - 2010. - С. 23-24.

16. Галайко Н.В., Толмачева И.А., Гришко В.В., Волкова Л.В., Перевозчикова Е.Н., Пестерева С.А. Биологически активные 2,3-секотритерпеновые гидразоны И Сборник докладов и тезисов IV Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ». -С. Петербург. - 2010. - С. 24-25.

17. Galayko N.V., Pereslavceva A.V., Tolmacheva I.A., Grishko V.V. The synthesis of 1,3,4-oxadiazoIines on the basis of triterpenic 2,3-secoacetylhydrazones // International conference «Penewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine». - St. Petersburg. -2011.-P. 59-60.

18. Галайко H.B., Толмачева И.А., Гришко В.В. Внутримолекулярные циклизации 2,3-секотритерпеноидов // Сборник докладов и тезисов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - Волгоград. - 2011. -С. 490.

ГАЛАЙКО Наталья Владимировна

СИНТЕЗ И ПРЕВРАЩЕНИЯ 2,3-СЕКОТРИТЕРПЕНОИДОВ И ИХ ЦИКЛИЧЕСКИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 24.01.2012. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1.63. Тираж 110 экз. Заказ \ Ь.

Типография Пермского государственного Национального исследовательского университета 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

61 12-2/292

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи

ГАЛАЙКО Наталья Владимировна

СИНТЕЗ И ПРЕВРАЩЕНИЯ 2,3-СЕКОТРИТЕРПЕНОИДОВ И ИХ ЦИКЛИЧЕСКИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ

02.00.03 - Органическая химия

диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

кандидат химических наук, доцент

В.В. Гришко

Пермь - 2012

Список сокращений

ВВС -вирус везикулярного стоматита;

ВИЧ - вирус иммунодефицита человека I типа;

ИЮПАК - Международный союз теоретической и прикладной химии;

1С50 (О15о) - концентрация вещества, при которой погибают 50% опухолевых

клеток;

МАК - минимальная активная концентрация; АТФ - аденозинтрифосфат;

МТС - максимальная из исследованных доз вещества, не вызывающая

морфологических изменений ткани;

ТГФ - тетрагидрофуран;

АФК - активная форма кислорода;

ЕС5о - концентрация вещества, ингибирующая вирусное цитопатогенное действие на 50% (среднеэффективная доза);

'Н-ЯМР - спектроскопия ядерного магнитного резонанса на ядрах 'Н;

13 13

С-ЯМР - спектроскопия ядерного магнитного резонанса на ядрах С; ИК - инфракрасная спектроскопия; КССВ - константа спин-спинового взаимодействия; РСА - рентгеноструктурный анализ; ТСХ - тонкослойная хроматография; Т1 - терапевтический индекс; АОК - антителообразующие клетки; ДМФА - диметилформамид;

НМВС - гетероядерная спиновая корреляция с дальними атомами; БМ80 - диметилсульфоксид.

Оглавление

Стр.

Введение 5

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Глава 1. А-секотритерпеноиды: растительные источники, методы получения, биологические свойства

1.1. А-Секотритерпеноиды растительного происхождения 10

1.2. Синтетические А-секотритерпеноиды 24 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Глава 2. Синтез линейных и циклических гетероатомных

43

А-секотритерпеноидов

2.1. Синтез лупановых и 19|3,28-эпокси-18аН-олеанановых

43

2,3-секотритерпеновых гидразонов

2.2. Синтез циклических 2-гидроксимино- и 1-циано-2,3-секопроизводных на основе 3,11,30-триоксо-30-метокси-18(3н-олеан- 46 12(13)-ена

2.3. Трансформации 2,3-секотритерпеновых ацетилгидразонов 48

2.4. Синтез 2,3-секотритерпеновых гидразоногидразидов 52 Глава 3. Реакции циклизации 1-циано-2,3-секотритерпеноидов 55 Глава 4. Превращения циклических предшественников 2,3-секо-

62

тритерпеноидов

Глава 5. Биологическая активность продуктов синтеза 65

5.1. Противовирусные свойства 66

5.2. Цитотоксическое действие 69

5.3. Иммунотропная активность 71 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 6. Синтетические превращения А-секотритерпеноидов и их

73

циклических предшественников

6.1. Получение 2,3-секотритерпеновых гидразонов 73

6.2. Синтез 2-гидроксимино- и 1-циано-2,3-секопроизводных

18(ЗН-олеананового типа

6.3. Превращения 2,3-секолупановых и 2,3-секоолеанановых ацетилгидразонов

6.4. Получение 2,3-секотритерпеновых моно- и дигидразоно-гидразидов

6.5. Синтез 2,3-секоинтермедиатов и А-пентациклических

107

тритерпеноидов

6.6. Синтез продуктов реакции цианэтилирования 117

6.7. Трансформации циклических предшественников 2,3-секо- ^ тритерпеноидов

Заключение 124

Выводы 127

Список литературы 128

Введение

Перспективное направление современной медицинской химии - поиск новых сырьевых источников и оригинальных путей трансформации известных низкомолекулярных природных метаболитов для получения эффективных лекарственных препаратов. Значимые результаты в этой области достигнуты при использовании терпеноидов растительного происхождения. Так, разнообразные производные с широким спектром биологической активности (включая противовирусную, противоопухолевую, противовоспалительную, иммуномодулирующую, антибактериальную) получены в результате химических превращений лупанового тритерпеноида бетулина и его доступного производного - бетулиновой кислоты. В литературе описаны примеры химической модификации бетулина и бетулиновой кислоты преимущественно по С-3, С-28 и С-30 углеродным центрам. Значительно реже проводятся исследования, связанные с изменением карбоциклического остова данных соединений. Вместе с тем, например, лупановые А-секопроизводные обнаружены в составе экстрактов лекарственных растений и среди цитотоксичных продуктов микробной трансформации бетулина и бетулоновой кислоты, опубликованы данные о полусинтетических дикарбоновых кислотах 2,3-секолупанового типа с высокой цитотоксической и анти-ВИЧ активностью, а также биологически активных 2,3-секолупановых альдегидонитрилах. При этом в литературе описаны лишь единичные примеры дальнейшей функционализации или трансформации образующихся в процессе синтеза А-секотритерпеноидов. В связи с этим направление исследований по разработке путей синтеза новых А-секотритерпеноидов с перспективными для дальнейшей модификации функциональными группами и получению на их основе оригинальных биологически активных производных является актуальным.

Цель настоящей работы - поиск возможных путей превращения 2,3-секотритерпеновых альдегидонитрилов и их циклических предшественников, полученных на основе доступных тритерпеноидов -

бетулоновой кислоты, её метилового эфира, аллобетулона и метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты. Исследование биологической активности продуктов синтеза.

Бетулоновая кислота (1) Метиловый эфир Аллобетулон (3) Метиловый эфир

бетулоновой кислоты (2) 3-оксоглицирретовой кислоты (4)

Основные задачи исследования включали:

1) трансформацию базовых 2,3-секотритерпеновых платформ и их циклических предшественников в линейные и циклические гетероатомные производные;

2) разработку методов синтеза А-пентациклических тритерпеноидов на основе 2,3-секотритерпеновых производных;

3) оценку терапевтической перспективности продуктов синтеза в качестве противоопухолевых и противовирусных агентов.

В соответствии с поставленными задачами на основе базовых А-секопроизводных и их циклических предшественников получены азотсодержащие линейные (функционализированные гидразоны, гидразиды, альдоксимы и их динитрильные производные) и гетероциклические (замещенные 1,3,4-оксодиазолины и 5-метилизоксазолы) тритерпеновые производные. Предложены пути синтеза новых циклических и 2,3-секотритерпеновых производных 18(ЗН-олеананового типа на основе метилового эфира 3-оксоглицирретовой кислоты.

Реакцией Торпа-Циглера на основе 2,3-секотритерпеновых динитрилов получены оригинальные А-пентациклические енаминонитрилы. Показана возможность альтернативной рециклизации базовых 2,3-секо-альдегидонитрилов с образованием А-пентациклических еннитрилов.

Обнаружены основные закономерности проявления

противоопухолевой активности 2,3-секотритерпеновых 1,3,4-оксо-

диазолинов. Среди продуктов синтеза выявлены терапевтически перспективные 2,3-секо-19(3,28-эпокси-18аН-олеанановый ацетилгидразон с высоким уровнем противовирусной активности в отношении вируса везикулярного стоматита и 3-гидроксимино-1-циано-2,3-секолуп-20(29)-ен-28-овая кислота с сочетанным противовирусным действием в отношении ВИЧ-1 и вируса гриппа А.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах «Биоорганическая химия», «Химия природных соединений», «Вестник Уральской Медицинской Академической Науки», 1 патент РФ, зарегистрирована заявка на патент РФ.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР Института технической химии УрО РАН и является частью исследований, проводимых по темам «Развитие методов тонкого органического синтеза и биокатализа для получения биологически активных соединений из высших терпеноидов и гетероциклов на их основе» (№ госрегистрации 01200800160) и «Химико-ферментативный синтез физиологически активных соединений на основе полициклических изопреноидов» (№ госрегистрации 01201002640). Работа поддержана грантами ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072013 годы» (государственный контракт № 11.519.11.2033.), Программы президиума РАН «Разработка методов синтеза гетероциклических соединений с заданными биологическими и физико-химическими свойствами» (№ 09-П-3-1016), Междисциплинарного проекта, выполняемого в содружестве с учеными СО РАН «Дизайн, синтез и исследование противовирусных, противомикробных и цитотоксических свойств азотсодержащих производных на основе полициклических терпеноидов и алкалоидов» (№ 09-С-3-1021), Российского фонда фундаментальных исследований (№ 08-03-00265а, № 09-03-00642а, № 10-03-96044-р_урал_а), а также субсидией Министерства образования Пермского края на реализацию научного проекта международной исследовательской группой ученых на базе

научной организации Пермского края (2011 -2013 гг.) и Именной стипендией Пермского края II категории (2011 г.).

Благодарности. Автор выражает искреннюю и глубокую благодарность своему научному руководителю заведующему лабораторией, к.х.н., доценту Виктории Викторовне Гришко за помощь при выполнении диссертационной работы; с.н.с., к.х.н. Ирине Анатольевне Толмачевой, принимавшей участие в обсуждении отдельных этапов диссертационной работы; сотрудникам лаборатории биологически активных соединений ИТХ УрО РАН за постоянную поддержку и ценные рекомендации; руководителю группы РСА, к.х.н. П.А. Слепухину (Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского, г. Екатеринбург) за проведение рентгеноструктурного анализа. Автор благодарит сотрудников ИТХ УрО РАН инженера O.A. Майорову; с.н.с., к.физ.-мат.н. В.И. Карманова; с.н.с., к.х.н. A.A. Горбунова;

1 13

н.с., к.х.н. Е.В. Байгачеву за техническую помощь в записи Н- и С-ЯМР, ИК, масс-спектров, проведении элементного анализа. Особая благодарность за исследование биологической активности полученных соединений сотрудникам Отделения интерферона Пермского НПО Биомед: начальнику отделения, д.м.н., проф. JI.B. Волковой, к.м.н. E.H. Перевозчиковой и С.А. Пестеревой; сотрудникам Республиканского научно-практического центра эпидемиологии и микробиологии Минздрава Республики Беларусь: заведующему лабораторией, д.м.н., проф. В.Ф. Еремину и с.н.с., д.м.н. И.И. Кучерову (Отдел химической вирусологии); заведующему лабораторией, д.м.н., проф. Е.И. Бореко и н.с. О.В. Савиновой (Лаборатория доклинического изучения специфической активности ингибиторов вирусов); сотрудникам Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь): в.н.с., д.м.н. C.B. Гейну и м.н.с., к.б.н. Т.А. Баевой (Лаборатория биохимии развития микроорганизмов); сотруднику Института технической химии УрО РАН (г. Пермь): н.с., к.б.н. Ю.Б. Вихареву (Лаборатория биологически активных соединений).

ЛИТЕРАТУРНЫМ ОБЗОР

Глава 1. А-секотритерпеноиды: растительные источники, методы

Полициклические тритерпеноиды - перспективная платформа для синтеза новых терапевтически значимых соединений, т.к. нередко даже незначительная их химическая трансформация может оказать существенное влияние на биологическую активность. Как видно из многочисленных публикаций, обычно используются достаточно простые методы для модификации нативного углеродного скелета тритерпеноидов, реже проводятся исследования, касающиеся более глубоких изменений. Хотя в литературе имеются примеры, когда расщепление кольца или перестроение полициклического остова тритерпеноидов позволяют получить более активные производные по сравнению с исходными соединениями. Так, выраженная биологическая активность характерна для многих А-секотритерпеновых производных, широко представленных в природе [1], в т.ч. в экстрактах лекарственных растений, традиционно используемых в народной медицине Африки и юго-восточной Азии [2-4].

Для анализа современного состояния проблемы в области направленного поиска, структурной идентификации, синтеза, модификации и исследования биологических свойств А-секопроизводных структурирование информационных научно-технических источников в разделе 1.1. приведено

получения,биологические свойства

Олеанан (8) 4 Лупан (9) 4 Урсан (10) * Фриделан(П)

согласно современной классификации тетра- и пентациклических изопреноидов ИЮПАК (5-11) [1, 5, 6].

1.1. А-Секотритерпеноиды растительного происхождения

Ланостановые тритерпеноиды. Тетрациклические А-секо-тритерпеноиды ланостанового типа с расщепленной С-З-С-4 связью в основном представлены среди экстрактивных веществ растений родов Schisandra [7], Kadsura [8, 9], Abies [10-13], а также грибов-трутовиков родов Poria, Ganoderma и Fomitopsis [14-21]. Многие известные ланостановые тритерпеноиды обладают высокой биологической активностью. При этом наиболее существенное влияние А-секофрагмент оказывает на проявление противоопухолевой активности.

ноо

соон

Так, ингибирующее действие в отношении перевиваемых опухолевых клеток мозга и легких млекопитающих проявляет манвувейзиновая кислота 12 из Sek propinqua [7]. В экспериментах значимую (1С50 0.32 мкг/мл) противоопухолевую активность обнаруживает кадсуракокциновая кислота А 13, выделенная из корневищ К. coccínea [8].

HOOG

14 R=

15 R =

О

О

16 R

17 R =

О

ОН

ОН

В экстракте корней К. сосстеа обнаружены 3,4-секоланостановые тритерпеноиды 14-17 с антипролиферативным действием в отношении клеток линии лейкоза (О150 6.8-42.1 мкМ) [9].

Высокой биологической активностью отличаются ланостановые тритерпеноиды экстрактивных веществ представителей рода Abies [10]. Так, в коре A. sachalinensis обнаружены эффективно (1С50 43-76 мкМ) ингибирующие топоизомеразу (23Л,25Я)-3,4-секо-9рН-ланоста-4(28),7-диен-26,23-олид-3-овая кислота 19 и минорные производные 18 и 20 [11], структурный аналог которых с алифатической боковой цепью 24(Е)-3,4-секо-9(ЗН-ланоста-4(28),7,24-триен-3,26-диовая кислота 21 демонстрирует лишь незначительную активность в отношении опухолевых клеток человека [12].

В связи с этим интерес представляют А-секотритерпеновые спиропроизводные 22 [13], 23-25 [10], полученные экстракцией хвои А. заскаИпеп818, в т.ч. с бактерицидными свойствами [10].

22 A14(30),R1=H>R2 =

23 A14, Rj = Н, R2 = *

Секоланостановые изопреноиды с широким спектром биологической активности получены из эфирного масла, плодовых тел и склероций трутовиков (родов Poria, Ganoderma и Fomitopsis). Например, пориковые кислоты G 26 и Н 27 из склероций Р. cocos обладают мощным ингибирующим действием в отношении вируса Эпштейна-Барр. В качестве перспективного противоопухолевого агента отобрана пориковая кислота G 26 со значительным (GI50 39.3 нМ) уровнем цитотоксического действия в отношении клеток лейкоза человека HL-60 [14].

ноос

26 А , R, = СООН, R2 = ОН, R3

27 А , R, = СООН, R2 = ОН, R3 ='

28 A 7'9(U), R, = СООН, R2 =ОН, R3

29 А 7'9(И), R] = СООН, R2 =ОН, R3 =

ОМе

Установлено, что соединения 28 [15] и 29 [16], выделенные из эпидермиса склероций Р. cocos, подавляют in vivo рост перевиваемых раковых клеток кожи мышей в тесте на канцерогенез. Кроме того, данные соединения ингибируют репродукцию вируса Эпштейна-Барр.

о

ососн3

H3COCQ Н3СООС,

СООН

H3COCO,

Н3СООС.

30 А 1

31 А9

Влияние структуры на анти-ВИЧ свойства производных 3,4-секоланостанового типа 30-32, выделенных из плодовых тел С. соЬзяи, свидетельствует, что к наиболее важным структурным элементам при

проявлении биологической активности относятся алифатическая боковая цепь и двойная связь в тритерпеновом скелете [17]. Предполагается, что присутствие в молекуле 31 сопряженных двойных связей А7 и Д9(11) приводит к определенной конформации молекулы и, как следствие, оптимальному пространственному расположению фармакофорных фрагментов.

Показано, что высокофункционализированная австралийская кислота 33 из G. australe проявляет лишь умеренную активность в отношении опухолевых клеток линии HL-60, обусловленную индукцией апоптоза [18]. В экстракте плодовых тел Spongiporus leucomallellus найдена спонгипоровая кислота А 34 с умеренной (10 мкг/диск) антимикробной активностью в отношении Proteus vulgaris [19].

Интерес в качестве цитотоксических агентов с алифатической боковой цепью представляют: 3,4-секотритерпеноид - пиниколовая кислота С 35, выделенная из плодовых тел трутовиков рода Fomitopsis [20], и необычные 19-нортритерпеноиды 3,4-секоланостанового типа со спирофрагментом 36 и 37, обнаруженные среди экстрактивных соединений листьев Sabal causiarum 36 и S. blackburniana 37 [21].

Циклоартановые тритерпеноиды. К наиболее ценным источникам 3,4-секоциклоартановых тритерпеноидов, в т.ч. с цитотоксической и антиретровирусной активностью, относятся растения рода Gardenia.

Описан, в частности, метиловый эфир 3,4-секоциклоарт-4(28),24-диен-29-гидрокси-23-оксо-3-овой кислоты 38, сочетающий анти-ВИЧ действие с умеренной цитотоксической активностью в отношении ряда линий опухолевых клеток [22].

Показано, что наличие в молекуле у-лактонного кольца с экзометиленовой двойной связью способствует проявлению цитотоксической активности циклоартановыми секотритерпеноидами. Так, соединения 39-42 проявляют высокую (1С50 1.8-6.6 мкг/мл) цитотоксическую активность в отношении опухолевых клеток человека линий ВТ474, СНАОО, Нер-С2, КАТО-3. Среди соединений 43-46 лишь производное 45 показывает высокий уровень ингибирующей активности (