Синтез, изучение обонятельных свойств и зависимость активности от строения соединений с запахом 5а-андрост-16-ен-3-она тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Специализированный совет Д 063.41.01

удк 577.25:612.«

На правах рукописи

Аронов евгении Валерьевич

Синтез, изучение обонятельных свопств и зависимость активности от строения соединений с запахом 5а-андрост-16-ен-3-она

02.00.10 - Биоорганическая химия, химия природных и физиологически активных веществ

Авшрефераи лиссертаиии на со искание ученой степени кандидата химических наук

V/

Г

МОСКВА - 1990

Работа выполнена в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н.Северцова'АН СССР, г. Москва

Научные руководители: д.х.н.. профессор В.И.Швец

к.х.н., вед.н.с. Э.П.Зинкевич

Официальные оппоненты: д.х.н. О.С.Чижов

д.х.н.. проф. А.М.Юркевич

Ведущая организация: Всесоюзны^ научно-исследовательский институт синтетических душистых вешеств

Зашита диссертации состоится "^" 19^0 г.

на заседании Специализированного совета

Д 063.41.01 при Московском институте тонкой'химической технологии им. М.В.Ломоносова (117571 г.Москва, пр. Вернадского д.86).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова (119631 г.Москва, у/1. М. Пироговская, д.1)

и»

Автореферат разослан "/л- " _ 1990г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Кандидат химических наук / / А.И.Лютик

в

Актуальность проблемы. Обонятельная система млекопитающих позволяет обнаруживать в воздухе пары индивидуальных веществ и их сложных смэсей в низких концентрациях, воспринимать смссь, как единое целое и узнавать в ней определенные компоненты, различать многие индивидуальные вещества и изменение их концентрация, а так же отличать смеси одних и тех же веществ, находящихся в различных соотношения;». Эти Функциональные свойства обонятельной системы, позволяют осуществлять утонченну*? химическую Iобонятельную) коммуникацию между животными.

Функциональной моделью обонятельноп системы, лучше всего согласующейся с эффектами восприятия индивидуальных веществ и их смесей, $:в;:яется модель-с набором специфических рецепторов. Эти рецепторы избирательно возбуждаются малыми концентрациями комплементарных им.пахучих веществ и на порядки большими концентрациями соединения, значительно отличавшихся по структуре.

В исследованиях последних лет содержатся множество фактов, подтверждавших предположение'о существовании в обонятельноп системе млекопитающих, ьключая человека специфического обонятельного молекулярного рецептора к 5а-андрост-16-е1;:-3-ону iандростенону) (I) (Рис. 1), который является половым феромоном хряка. Это соединение имеет для человека характерный неприятный эапэх с крайне низким обонятельным порогом (около 1 нг ).

Конформационная жесткость молекулы анлростенона и достаточная сложность ее структуры позволяют использовать синтез и испытание модельных соединения для изучения строения узнающего участка обонятельного андростенонового рецептора человека (АР).

Определение признаков, по которым обонятельные рецепторы, в

частности рецептор к андростенону, узнает молекулы стимула,

является важной частью актуальных в настоящее время исследования

I

механизмов функционирования этих уникальных природных химических анализаторов.

Цели и задачи. Целью настоящей работы является поиск топологических и геометрических параметров молекул веществ с запахом андростенона, установлению корреляций их структур с обонятельными порогами и построению на основе этих корреляций пространственной модели узнающего участка АР. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

изучение пространственного строения молекул известных соединений с запахом андростенона,и структурно Слизких им неактивных соединений. Разработка рабочей гипотезы о необходимых структурных фрагментах и их пространственном расположений для эффективного взаимодействия веществ с АР.

выбор структурного каркаса для модельных соединений, обладающего достаточной информационной жесткостью и позволяющего разместить на нем необходимые для связывания фрагменты и легко варьировать их синтетическими методами.

синтез, определение обонятельных свойств и нахождение количественных корреляций структура-активность 1ККСА) для модельных соединений. Построение модели узнающего участка АР по полученным данным.

Научная новизна работы. На основе анализа пространственного строения молекул соединений с запахом андростенона сформулированы принципы .генерирования структур для исследований количественных корреляция структура-активность 1ККСА) в этом

.ряду.

Разработана общая схема синтеза соединения с запахом андростенона - ряда 2,4-дизамещенных циклогексаноноз и методы хроматографического разделения их стереоизомеров. Синтезированы 20 ранее не описанных соединений, 16 из которых являются специфическими или неспецифическими стимуляторами АР; иэучены-их обонятельные свойства. Исследована стереохимия обнаруженного ранее эффекта понижения обонятельных порогов при метилирования циклических кетонов - стимуляторов АР. Установлена хиральность участка узнавания карбонильной группы стимула. Впервые получены аналоги андростенона, превосходящие его по активности.

Предложена классификация веществ с запахом 5а-андрост-16-ен-3-она на специфические и неспецифические стимуляторы АР.

На основе результатов изучения обонятельных свойств синтезированных соединения впервые предложена модель АР ячеечного типа, хорошо коррелирующая с экспериментальными данными.

Ёпервые осуществлено моделирование стимулятора АР на основе смеси, компоненты которой содержат разные участки узнавания молекулы стимула.

Практическая значимость. По предварительным данным1 наиболее активные из полученных аналогов оказывают на самок свиней то же действие, что и андростенон, т.е. лозволяют определять время

^настоящее время в лаборатории морфологии и экологии • высших позвоночных ИЭМЭЖ АН СССР проводятся исследования по применению синтезированных соединения в жиеотнпводетве.

овуляиии при искусственном осеменении, ускоряют приход свиней в

охоту. Результаты, полученные в настоящей работе, позволяют

I

направленно создавать препараты с желаемым сочетанием

эффективности, стойкости и экономичности для применения в

животноводстве.

Основные положения, выносииые на зашмту.

1. Сравнительный анализ пространственного строения описанных соединений с запахом андростенона. Разделяющий признак класса специфических стимуляторов АР.

2. Вли!ние структурных модификаций карбонильной группы и ее ближайшего окружения на эффективность взаимодействия с АР. Синтез и обонятельные свойства 3-метилен-5а-андрост-16-ена, 3-метилен-5а-андростана, 2а- и 4а-метил-андростенонов.

3. Основные принципы генерирования структур для исследований ККСА в ряду соединений с запахом андростенона.

4.Синтез, разделение стереоиэомеров и доказательство строения 4'-замешенных 4-циклогексилциклогексанонов, их а-метильных производных и стереоиэомеров 2-метил-4-пинанилциклогексанона.

5. ККСА в ряду соединении с запахом андростенона, построение частичной ячеечной модели АР и ее графическая интерпретация.

6. Моделирование неспецифического стимулятора АР с помощью смеси 4,4-диметилциклогексена и 2-метилциклогексанона

Апробация работы. Результаты работы были доложены на YX Всесоюзном симпозиуме по сенсорной рецепции (Москва, 1ööö) и на III Всесоюзном совещании по химической коммуникации животных (Москва, 19Ö6).

Объем м структура работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения.

литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной

части, выводов и списка литературы, включающего источников на

русском и иностранных языках. Работа иллюстрирована рисунками

и таблицами.

Основные результаты раиоты и их обсуждение

1. Качественные и количественные характеристики обонятельноп

Эффективности. Специфические и неспецифические стимуляторы АР.

За качественный критерий обонятельной эффективности мы принимали способность тестируемого соединения вызывать у испытуемого ощущение запаха андростенона, за количественный критерий - обонятепьныя порог, определенный как минимальное количество вещества, нанесенное на 1 см2 фильтровальной бумаги, которое вызывает у испытуемого ощущение этого запаха. Ольфакторные испытания, т.е. установление идентичности запаха тестируемого соединения запаху андростенона и определение обонятельного порога, проводились при участии постоянной группы испытуемых из 8 человек, для которых обонятельный порог 5а-андрост-16-ен-Л-она был ниже 1 нг. Предварительные эксперименты показали, что пороги для каждого-испытуемого

ч

воспроизводятся в пределах порядка. Мы предположили, что степень комплементэрности молекул тестируемого соединения рецептору находится в обратной зависимости от величины обонятельного порога. Погтому за величину биологической активности был принят логарифм обонятельного порога, взятый с противоположным знаком <рТ>.

Модель обонятельной системы, основанная на суиествованки специфических молекулярных рецепторов, предполагает, что некоторые соединения могут взаимодействовать с несколькими типами

рецепторов с различной специфичностью. Соответственно, среди веществ, имевших запах андростенона могут быть как специфические, так и неспецифические стимуляторы АР. К специфическим стимуляторам мы отнесли соединения, имевшие-наибольшее сродство именно к АР, т.е. вещества, которые в пороговых концентрациях имеют только запах андростенона. Вещества с другим типом запаха в пороговых концентрациях и вызывающие ощущение запаха андростенона в больших концентрациях мы отнесли к неспецифическим стимуляторам рассматриваемого рецептора.

2. Предварительный анализ строения известных веществ с запахом андростенона и структурно близких им неактивных соединении.

Все известные соединения с запахом андростенона являются специфическими стимуляторами АР и принадлежат к одной из трех структурных групп: стероидные соединения, например (I—XV> (рис. 1); 2й,4Н-стереоизомер 2-метил-4-борнилциклогексанона, (V) и алифатические карбонильные соединения, содержащие 1,4-дизамешенный циклогексильный фрагмент, например ИХ-Х),Все они имеют общие фрагменты - карбонильную группу и связанный с метильной группой четвертичный атом углерода, причем, эти фрагменты разделяют семь С-С связей, часть из которых могут входить в циклы. Мы предположили, что признаком класса специфических стимуляторов АР является наличие в молекуле структурного фрагмента вида:

(А)

Однако, в такой формулировке признак не является разделяющим, т.е. известны соединения, не имеющие запаха андростенона

(неактивные), молекулы которых содержат структурный Фрагмент •(А>. К ним относятся стереоиэомеры андрбстенона, например

5р-андрост-113-ен-3-он (XI), а так же стереомзо1,;ери (VI —VIII) соединения (V). Изучение пространственного сроения этих веществ с

I

помощью молекулярных моделей показало, что несмотря на топологическое сходство, их геометрические параметры (расстояния и углы) сильно отличаются от активных. Изучение геометрии молекул соединении (I-XII) с помощью компьютерной программы "Desktop Molecular Modeling" (Oxford Electronic Publishing) показало, что за исключением (V) для всех активных соединений существуют ненапряженные конформации,« в которых расстояние от карбонильного кислорода до четвертичного углерода во фрагменте (А) составляет 6,4 А, при этом максимальное расстояние между неводооолными

о

атомами в молекуле не превышает 10,2 А. Для молекул неактивных соединении такие конформации либо очень напряжены (энергия относительно наиболее устойчивой конформации превышает

10 кД.*/моль), например IXI), либо максимальное межьядерное

о

расстояние в них превышает 10,2 А (XII).

Проведенный анализ позволил нам сформулировать разделяющий признак класса специфических стимуляторов АР: если а) молекула соединения содержит структурный фрагмент (А) и б) возможны ненапряженные конформации, в которых межьядерное расстояние между карбонильным кислородом и четвертичным углеродом составляет й,4

о о

А, а максимальное межьядерное расстояние не превышает 10,2 А, то такое соединение будет специфическим стимулятором АР. Высокая информативность этого признака подтверждена на большом наборе близких структурных аналогов соединении (IX—X) (Ohloff et al., 1983).

3. Влияние структурных модификации карбонильной группы и ее блмхайвего окружения на эффективность взаимодействия с АР. 3.1 Синтез и обонятельные свойства метиленированних аналогов андростенона и андростанона.

Лля определения характера взаимодействия полярного участка АР с карбонильной группой мы синтезировали ранее не описанные метиленовые аналоги соединений (I и II) замещением карбонильного кислорода на метиленовую группу по реакции Виттига. Строение иетиленовых аналогов (XIII.XIV» 1 Рис. 2) доказало ИК-. масс- и ПМР-спектрами.

Рис. 2. Углеводородные аналоги андростенона

Ольфакторные испытания показали, что запах (XIII) идентичен запаху андростенона < рТ=6 ). Углеводород (XIV), полученный из 5а-андростан-3-она, напротив,вообще не имел запаха андростенона. Таким-образом установлено, что карбонильная группа, как таковая, не является необходимой для возникновения запаха андростенона. Это означает, что предложенная Мэйсоном и Кларком модель, основанная на ковалентном связывании стимула с рецептором через образование кетимина является^неадекватной, по крайней мере по отношению к соединениям с рассматриваемым типом запаха.

■ Вероятнее всего связывание с полярным участком АР происходит за счет электростатического взаимодействия с п-электронами

ДВОЙНОЙ связи.

3.2 Синтез и обонятельные свойства 2а- и 4а-метил 5а-андрост-16-ен-З-онов.

Среди соединении базовой выборки (1-ХП1 только активность стереоизомеров 2-метил-4-борнилииклогексанона (У-УШ) не объясняется с помощью сформулированного выше признака. Молекулы всех четырех изомеров содержат фрагмент 1А), однако ненапряженные конформации, в которых расстояние между карбонильным кислородом и

о

четвертичным углеродом в этом фрагменте превышало бы 7,6 А, для этих соединении невозможны. Тем не менее 21В) ,41Н)-изомер (V) является специфическим стимулятором АР, а остальные три изомера -вообще не иметг запаха андростенона. Это позволило предположить, что введение метильной группы в а-положение к карбонилу со стереохимией, соответствующей IV) (экваториальное расположение метильной группы при Б-конфигурации образованного ей хирального центра) может приводить к увеличению активности стимуляторов Ар.

Для проверки этого предположения мы синтезировали и определили обонятельные свойства 2а- и 4а-метиландростенонов (ХУ, XVI>1 рис.3 ).

Обработка смеси бензольного раствора андростенона (lie трет-бутилатом калия иодистыи метилом (рис. 3) привела к образованию трех продуктов в соотношении 16*33:8 по данным аналитической

обращеннофазовой ВЭЖХ. Каждое из этих соединений было выделено в индивидуальном состоянии. Масс-спектрометрия показала, что только первые два из них являются продуктами монометилирования. Положения й ориентации метильных групп в монометиландростенонах (XV, XVI) были определены с помощью методики двумерной спектроскопии ЯМР - COSY 1Н-1Н.

Как и предполагалось, 2а-метиланлростенон проявил при испытаниях большую активность, чем андростенон (табл. 1). 4а-Метиландростенон, напротив, оказался менее активным, чем его неметилированный предшественник. Эти результаты говорят об асимметричности полярного узнающего участка участка АР.

ТАБЛИЦА 1. Логарифмы удельной активности соединения базовой выборки и синтезированных стероидных аналогов андростенона.

Соединение № рТ Соединение № рТ

I " . V 6

II О VI не имеет запаха (I)

XIII 6 VII не имеет, запаха (I)

XIV . не имеет запаха (I) VIII не имеет запаха (I)

XV 10 IX Q

XVI 8 X 6

Анализируя распределение активности среди соединений базовой выборки совместно с результатами испытания соединений (XIII—XVI ) (табл. 1), можно сделать вывод, что на эффективность взаимодействия веществ с АР. сказывают сильное влилнме лаж? незначительные структурные изменения в блитишях округечздх карбонильной группы и четвертичного дто»!а углерспа. В то же

время, значительные изменения фрагментов структуры, удаленных 01

этих участков практически не влияют на активность, если эти

I

изменения не приводят к изменению расстояния между карбонильной группой и четвертичным атомом углерода. Исходя из этого, цля синтетических исследовании ККСА мы "разместили" фрагмент (А) на скелете 4-циклогексилциклогексанона. Очевидно, что наиболее устойчивой конформациеи этого скелета является трансоидное расположение колец, каждое из которых находится в форме кресла. В этой-конформации расстояние от карбонильного кислорода до

о

4'-атома углерода составляет 8,4 А, т.е. присоединение в

4'-положние двух метильных групп должно приводить к структуре

специфического стимулятора Аг. Последовательное "удаление" этих

метильных групп позволяет проследить влияние на активность каждой

из них. Выбранный структурный каркас для модельных соединении

является оптимальным с точки зрения конформационноя жесткости и

невысокой (относительно стероидных соединении) трудоемкости

синтеза необходимых аналогов.

i. Синтез, разделение стереоизоиеров и изучение обонятельных

свойств 4'-замешенных 4-циклогексилииклогексанонов (ХУП-ХХУШ ) (рис. 4) и 2-метмл-4-пинанилциклогексэнонов (XX1Х-ХХХ1» (рис. 5).

Для исследования слияния строения полярного и гидрофобного

участков связывания стимуляторов АР на обонятельную активность мы

синтезировали 4'-замешенные 4-циклогексилциклогексаноны

(XVI1-ХХ ), и их «-метилированные производные I ХХ1-ХХУ1П ) по

общей схеме (рис. 4).

Исходные циклогексаноны конденсировали в условиях реакции

Гриньяра с 4-бромаиизолом, полученные третичные спирты без

выделения дегидратировали, нагр'евая в вакууме с молекулярными

'Х>

в.-/ >-оснэ М^ДГФ

я

Основной ицтЬ

К

Х>

Л

оси-

хз-с

и' \

ДопопиигелЬ ны и ПЧтЬ

% В' п

Л»,/л/: •

"'{. Л"

г р на-СгОь

Соед. к Н' й'' й'' * Соед. й IV й'' И" •

XVII С)Ь СНз н н XXIII СИэ н СНз н

XVIII СНз н II н XXIV н СНз СНз н

XIX м аь 11 н XXV СНз н н СНз

XX н н н и XXVI II СНз Н СНз

XXI СНз СНз СНз н XXVII н н СНз н

XXII СНз СНз н СНз XXVIII н н н СНз

Рис 1. Обпая схема синтеза дициклогексильних аналогов анлрост ь'нпна

■

ситами 4А, получая соответствующие 4-1циклогексен-1-ил>-анизолы. Нагревание при 250°С в течение 4 часов с гидрохлоридом пиридина приводило к соответствующим фенолам, которые были превращены в целевые соединения путем последовательно проведенных реакций каталитического гидрирования (никель Ренея.ЮО атм., 150°С) и окисления образовавшихся спиртов в кетоны (хлорхромат пиридина в дихлорметане ). В случаях, когда в результате синтеза получалась смесь стереоизомеров (ХУШ-Х1Х, ХХ1-ХХП, ХХП1-ХХУ1, ХХУП-ХХУIII), их разделяли с помощью препаративной ВЭЖХ:

Строение всех синтезированных соединений подтверждено ИК-, масс- и ПМР-спектрами.

Молекулы соединений, содержащих а-метильную группу (ХХ1-ХХУ1П) имеют два хиральных центра. Это приводит к образованию двух рацемических диастереомеров для каждого вещества, различающихся аксиальным или экваториальным расположением а-метильной группы в наиболее устойчивой конформации. Во всех случаях эти диастереомеры получались в соотношении 65:15. Положение й-метильнои группы определяли по спектрам ПМР (экваториальный а-метиновий протон дезэкранирован относительно а-метиленовых протонов, а аксиальный - нет I.

Для определения конфигурации при 4'-углеродном атоме в соединениях (ХУ1П-Х1Х) и (ХХШ-ХХУП мы предприняли их синтез по дополнительной схеме (рис. 4), т.к. различия в химических сдвигах метильной группы оказались недостаточны, для интерпретации ПМР-спектров в пользу какой либо из предполагаемых конфигураций.

Пары цис- и транс- изомеров (ХУ1П-Х1Х, ХХШ-ХХП и ХХУ-ХХУ1), полученные по обшей схеме, содержали эти соединения примерно в равном соотношении (по данным аналитической ВЭЖХ), что

согласуется с данными о соотношении изомеров при гидрировании 1,4-дизамещенных циклогексенов.

Восстановление экзоциклической двойной связи натрием в жидком аммиаке приводит, как известно, к заметному преобладанию термодинамически более выгодного (в нашем случае - транс-) изомера. Действительно, синтезы смесей стереоиэомеров 1ХУП1-Х1Х и ХХ1П-ХХУ1) по дополнительному пути, который отличается от основного тем, что экзоциклическая двойная связь была восстановлена действием натрия в жидком аммиаке, а затем на катализаторе восстановлено бензольное ядро, привел к сильному преобладанию одного из изомеров в каждой паре (по данным аналитическом ВЗХХ). Преобладающему изомеру из каждой пары была приписана транс-структура, а цис-структура - второму компоненту.

Ольфакторные испытания синтезированных соединений (табл. 2) подтвердили обнаруженные ранее закономерности. Так, "удаление" одной из метильных групп в 4'-положении уменьшает активность на 3-4 единицы рТ, введение экваториальной а-метильной группы увеличивает активность, а аксиальная а-метильная группа не влияет на величину рТ. 1

Для выяснения зависит ли эффект увеличения активности модельных соединений, обусловленный экваториалы ой а-метильной группой, от конфигурации хирального центра, при котором она находится, мы синтезировали и испытали стереоиз« меры 2-метил-4-пш|аннлииклог1?ксанона (ХХ1Х-ХХХ1 ). Благодаря ис пользованию пинанильного (а не диметилциклоге<сильного) Фрагмента стерьоизомеры I X.XIX-XXX1 ) являются диастереомерами, а н<-' знэнтио1«р..ч.(;1, что облегчает и/, разделение и определение а«' солютнну. }'. ') н 1 иг у ранки.

I а б л и в а 2. Логарифмы удельной jiin^BH0CTH_(jpTJ_

синтезированных соединений.

Ri н

Соед. № Ri Н2 R3 R* рт Соед. № Ri Rz R3 R4 рт

XVII СНз СНз Н Н 8 XXV СНз Н Н СНз 6 _«)

XVIII cm н н н 5 XXVI н СНз Н СНз

XIX н СНз н н 4 XXVII н Н СНэ н 4

XX н Н н н _»1 XXVI11 н н Н СНз _»)

XXI СНз СНз СНз н 10 XXIX см. рис 5 5

V V т t AM А ГЧК Ы14 СНз U 11 СНз А XXX - Й

XXIII СНз Н СНз н 6 XXXI - 7

XXIV н СНз СНз Н 6

* ) - вещество не имеет запаха андростенона

Для синтеза этих соединений мы использовали схему, аналогичную описанной выше. Исходный кетон - 2,6,6-триметил-(1R.5S)-бицикло(3,J,1 )гептан-Э-он высокой оптической чистоты с заданными конфигурациями всех трех хиральных центров был синтезирован путем гидроборирования-окисления ( +)а-пинена. Попытки провести его конденсацию с 4-бром-2-метиланизолом в условиях реакции Гриньяра привели лишь к следовым количествам ожидаемого продукта; поэтому для осуществления этой стадии синтеза реактив Гриньяра был заменен на литийорганическое соединение, полученное in situ.

1. l-teBH) +BF-J

2. H>o¿ /кон ---->

3. Ру HCl СгОэ

Li ; ТГФ

.....

(XXXIIa)

Н2 /Pd

Л /-'

I (XXXIII)

1 Ру HCl 2. H г/Ni

Br—

оснЭ

H„ СО J

(xxxiis;

R=

з. py Hci ао3

-R

<r (XXIX) ,-л>х)

/С

о (ХХХ|>

Рис.5. CitiiTi'i стереоизомеров 2 - мети л-4 ( 2 ( R ), 6,6-тримети л- U В,

5S )-0ииикло1^,1,1 ]гепт-3( 3)-ил)-циклогексанона (XXIX—XXXI »

Полученный в результате конденсации спирт был без выделения превращен в смесь олефинов (XXXIIa) и (XXXII6), которые были разделены с помощью обращеннофазовой ВЭЖХ. Структуры этих соединений были доказаны с помощью ИК- , масс- и ПМР-спектрометрии, включая эксерименты по измерению ядерного эффекта Оверхаузера (ЯЭО).Каталитическое гидрирование двойной связи в соединении (XXXIIa) привело к 2-метил-4-пинаниланизолу (XXXIII), строение которого доказано с помощью двумерной спектроскопии ЯМР 'Н - COSY 1Н-1Н и экспериментов по ЯЭО, с применением методик "SPIHOMO" и "NOEMULT"2.

Используя эту схему синтеза мы полагали, что соотношение изомеров с аксиальными и экваториальными метильными группами будет примерно соответствовать таковому для дициклогексильных соединений (XXI-XXVIII). Аналитическая ВЭЖХ на колонке "Zorbax Sil" позволила обнаружить в полученной смеси три пика в соотношении 42:43:15, в то время как на ТСХ и ВЭЖХ на обращенной фазе ("Zorbax ODS") смесь была гомогенной. Соединения соответствующие обнаруженным пикам были выделены с помощью препаративной ВЭЖХ. Масс-спектрометрия показала, что все три соединения являются стереоизомерами 2-метил-4-пинанил-циклогесаноиа. С помощью ПМР-спектров мы установили, что в преобладающих изомерах а-метильная группа находится в экваториальном положении, а минорный компонент смеси имеет аксиальную а-метильную группу. Спектроскопия 'н-ЯМР с применением хирального сдвигающего реагента - трис-1Э-(гептафторпропил-

2 Исследования проведены Е.Г.Черепановой (ИОХ Н.Д.Зелинского АН СССР)

гидроксиыетилен )-о-камфорато ]-европия( III) показала, что преобладающие компоненты смеси являются индивидуальными соединениями (XXIX, XXX), а минорный компонент lXXXI) представляет собой неразделенную смесь изомеров с аксиальными а-метиль-ными группами. Измерение спектров кругового дихроизма (КД) позволило определить абсолютные конфигурации изомеров (XXIX, XXX) по знаку и амплитудному значению КД для близких соединений (V-YIII).

Результаты ольфакторных ипытаний соединений (XXIX-XXXI) (табл.2) подтвердили-общность законов—.^остей, обнаруженных при изучении обонятельных свойств метиландг'^стенонов. 5. Количественная корреляция структура-активность и построение частичной ячеечной модели АР.

Для количественной обработки результатов ольфакторных ипытаний соединений 11,II .XY-XXXI) мы воспользовались методом построения ячеечной (решетчатой) модели рецептора, описанной ранее (Крутиус, Кузьмин, 1986), с некоторыми изменениями, отражающими специфику настоящих исследований. Построение модели АР основано на следующих допущениях:

1.Бее фрагменты молекулы-стимула, за исключением карбонильной группы, участвуют только в гидрофобных взаимодействиях с рецептором, которые, как известно, зависят только от взаимного пространственного расположения и размеров взаимодействующих частиц.

2. АР представляет собой набор сферических полостей-ячеек, центры которых Фиксированы в пространстве относительно участка связывания карбонильной группы и однозначно задаются внутренними координатами.

3. Величина рТ выражается в линейной комбинацией вида: п

РТ=^А1-у1 т. . ;

1=1

где У^ - коэффициент заполнения (доля заполненного объема! 1-ячеики: А^ - коэффициент, характеризующий чувствительность-1-ячейки: г". - число ячеек.

Радиусы ячеек мы приняли равными ван-дер-ваальсову радиусу

о

метильноя группы - 2 А. В этом случае каждая ячейка может быть заполнена только группами СНэ.СНг.СН или Н. Рассчитанные на основе величин ва,(-дер-ваальсовых радиусов коэффициенты заполнения У^ для метильной и метиленовой групп равны единице, для"атома водорода эта величина составляет 0,22.

Очевидно, что с помощью регрессионного анализа однозначно могут быть определены чувствительности только тех ячеек, заполнение которых варьируется независимо в рассматриваемом ряду соединений. Таковыми являются ячейки; заполняемые заместителями п положениях 1-53 циклогексилциклогесанона. Поэтому центры ячеек

1-5 были размещены на ядрах атомов углерода метильных групп (реальных или гипотетических), замешавших водороД в соответствующем положении циклогексилциклогесанона.

3Нуыерация, не соответствующая номенклатуре, принята нами для большей наглядности модели

Сравнение величин рТ соединения (XI) и (XVIII)'показывает, что ыетилековые группы 6,7,15,16,17 и метильная группа 18 в соединении (II) либо не вносят вклада в активность, либо их . вклады взаимно компенсируются. Напротив, д16-17 двойная связь в стероидных соединениях (I, XV,XVI) и пинановыя ыостик в соединениях (ХХ1Х-ХХХ1) заметно влияют на величину рТ. Влияние двойной связи было учтено путем введения коэффициента заполнения

для метиновой группы отличного от единицы, значение которого определили с помощью регрессионного анализа. Для учета вклада в активность пинанового мостика в модель была включена шестая ячейка, заполняемая метиленовой'группой мостика о коэффициентом., заполнения равным единице.

С помошыэ регрессионного анализа методом наименьших квадратов мы определили чувствительности А. ячеек 1-6:

А1=2.42 А2=0.52

А3=-1,26

А4='2,а0 ,\5=4,6й Аб=-1 ,66.

Коэффициент заполнения ячейки метнновои группой равен 1,18.

Рассчитанные по уравнению (1) величины рТ синтезированных соединений хорово коррелируют с экспериментальными (Рис. 6), коэффициент корреляции равен 0,99.

Полученные результаты могут

10 11

Рис. 6. Кррреляция рассчетных и экспериментальных величин рТ

3 \ СЕЧЕНИЕ В-Б

СЕЧЕНИЕ В-В

6 т

2А

СЕЧЕНИЕ А-А

Рис. 7.Три проекции гипермолекулы - результата наложения всех молекул соединений (1,11,ХУ-ХХХ1) и сечения поверхности АР, полученные на основе величин чувствительностей ячеек. участок АР, связывающий карбонильную группу; - стенки АР; цифрами обозначены

номера ячеек.

быть интерпретированы исходя из того, что ван-дер-ваальсовы силы

убывает пропорционально шестой степени расстояния между взаимодействующими частицами. Высокие положительные значениячувствительностей ячеек 1, 4 и- 5 указывают на пространственную сближенность фрагментов структуры рецептора с внешними (по отношению к молекуле стимула) поверхностями этих ячеек. Ячейка 2 удалена от "стенок" рецептора (ее чувствительность ниже), а ячейки 3 и 6 находятся за стенкой, т.к. фрагменты их заполняющие уменьшают эффективность взаимодействия, т.е. деформируют стенку и выталкиваются.

7- Моделирование неспецифического стимулятора АР с помощью смеси 3,3-диметилимклогексена и 2-метилциклогексанона.

Прогностическая ценность обнаруженных закономерностей была проверена в эксперименте по моделированию запаха андростенона с помощью смеси 4,4-диметилциклогексена и 2-метилциклогексанона. Молекулы этих соединений являются "половинками" молекулы высокоактивного аналога (XXI). Ни один из испытуемых не обнаружил запаха андростенона при предъявлении указанных веществ отдельно друг от друга, тогда как смесь этих веществ в соотношении 1:1 вызывала у 75Ж испытуемых ощущение этого запаха на постороннем фоне. Таким образом нам удалось впервые осуществить моделирование неспецифического стимулятора АР с помощью двухкомпонентнои смеси.

ВЫВОДЫ

На основе анализа пространственного строения молекул соединений с запахом андростенона сформулированы структурные признаки, достаточные для того, чтобы соединение имело запах андростенона и принципы генерирования структур для исследовании ККСА в этом ряду.

Разработана общая схема синтеза соединения с запахом андростенона - ряда 2,4-лизамещенных циклогексанонов и методы хроматографического разделения их стереоизомеров. Синтезированы 20 ранее не описанных соединений, 16 из которых являются специфическими или неспецифическими стимуляторами АР; изучены их обойятельные свойства. Установлена хиральность участка АР, узнающего карбонильную группу стимула. Впервые получены аналоги андростенона превосходящие его по активности.

Предложена классификация вешеств с запахом 5а-андрост-16-ен-3-она на специфические и неспецифические стимуляторы обонятельного андростенонового рецептора.

Впервые предложена модель АР ячёечног0 типа улпптгл коррелирующая с результатами ольфакторных испытаний.

Впервые осуществлено моделирование стимулятора АР на осноге смеси, компоненты которой содержат разные участки узнавания молекулы стимула.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Зинкевич Э.П., Аронов Е.В. 3-метилен-5а-андрост-16-ен - первыо углебодород с запахом 5а-андрост-1б-ен-3-она.// Сенсорные системы. 1990. Т. 4. № 1. С. 108-110

2. Зинкевич Э.П., Аронов Е.В., Черепапнова Е.Г., Васильева B.C., Швец В.И. Молекулярный дизайн веществ с запахом 5а-андрост-16-ен-3-она. // Сенсорные системы. 1990. Т.4. Ng 3. С. 2i3-219

Л-09506 от 13УУП-90г.3.892р.7Л00.Тип.В/0пЗнание".