Синтез производных 2,3-секо-28-оксо-19β,28-эпокси-18α-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

005061684 На правах рукописи

ШЕРНЮКОВ АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

Синтез производных 2,3-секо-28-оксо-19Р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты

(02.00.03 - органическая химия)

7 3 И!СН т

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Новосибирск 2013

005061684

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: зав. Отделом медицинской химии

ФГБУН НИОХ СО РАН доктор химических наук Салахутдинов Нариман Фаридович

Официальные оппоненты: в.н.с. ФГБУН ИОХ УНЦ РАН

доктор химических наук, профессор Казакова Оксана Борисовна

н.с. ФГБУН НИОХ СО РАН кандидат химических наук Андреев Родион Викторович

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт органической и физической химии имени А. Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук

Защита состоится « 28 » июня 2013 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 003.049.01 при ФГБУН Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук по адресу 630090, г. Новосибирск, проспект акад. Лаврентьева, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН.

Автореферат разослан « 28 » мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор химических наук.

Петрова Тамара Давыдовна

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Пентациклические тритерпеноиды являются обширным классом природных соединений, интерес исследователей к которым все увеличивается, в виду часто проявляемой ими ценной биологической активностью на фоне относительной доступности. В этом классе особо выделяется бетулин (Зр,28-дигидрокси-20(29)-лупен) - пентациклический тритерпеноид, широко распространенный в растительных объектах и доступный практически в любом количестве, природные и синтетические производные которого проявляют высокую фармакологическую активность. Соединения с олеанановым типом остова не менее интересны, а недавние исследования указывают на перспективность модификации цикла "А" триггерпеноидов лупанового и олеананового ряда, при которой фармакологическая активность может изменяться на несколько порядков, в том числе за счет более глубокой модификации этого цикла с получением соответствующих секо-производных.

Целью диссертационной работы является разработка методов получения 2,3-секо-производных пентациклическихтритерпеноидов 18а-олеанового остова на основе аллобетулина.

Научная новизна. Установлено, что при взаимодействии аллобетулина с концентрированной азотной кислотой в зависимости от температуры реакции могут быть получены 2-нитро- или 2,2-динитро-производные аллобетулона, раскрытие цикла "А" которых приводит к соответствующим секо-производным. Установлено, что в реакции с дымящей азотной кислотой окисление цикла "А" протекает одновременно с окислением в 28-положение остова аллобетулина.

Разработаны удобные способы получения циклического ангидрида 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты в реакции с хлористым оксалилом и высокореакционноспособного дихлорангидрида "¡п^Ш" взаимодействием с РС15.

На основе 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты и ей циклического ангидрида получены различные восстановленные производные, в том числе содержащие ранее не известные в тритерпеноидах семичленные лактонный и оксепановый циклы "А". В растворе 2,3-секо-2,28-диоксо-2,3:19Р,28-дизпокси-18а-олеана методами ЯМР впервые зафиксировано наличие двух основных конформеров для семичленного лактонного цикла. С применением метода динамического ЯМР из температурной зависимости спектров для уравнения Аррениуса были получены экспериментальные значения ДЕа=13.05±0.16 ккал/моль и десятичного логарифма предэкспонентциального фактора ^ А = 11.78 ± 0.13 для процесса информационного равновесия. Интерпретация экспериментальных данных была проведена с привлечением квантово-химических расчетов.

Установлено, что раскрытие несимметричного семичленного циклического ангидрида 2,3-секо-28-оксо-19Р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты циклическими вторичными

аминами протекает региоселективно с образованием соответствующих 2-амидов, в то время как взаимодействие с первичными аминами приводит к образованию смеси обоих возможных изомеров. На примере ангидрида 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты, продемонстрировано, что на региоселективность раскрытия несимметричного семичленного циклического ангидрида существенное влияние оказывает используемый растворитель.

Предложен метод синтеза ранее не описанных семичленных циклических имидов в кольце "А" пентациклических тритерпеноидов, заключающийся во взаимодействии соответствующих 3-амидов 2,3-секо-тритерпеноидных дикарбоновых кислот с хлористым оксалилом.

Обнаружено превращение вторичных 2-амидов 2,3-секо-тритерпеноидных дикарбоновых кислот в реакции с хлористым оксалилом, в результате которого образуются спиропирролидинтрионы, являющиеся первыми представителями такого класса соединений. С использованием методов ЯМР установлена структура некоторых ингермедиатов, образующихся в процессе превращения, и продемонстрированы отличия в поведении субстратов, содержащих ароматические и алифатические заместители, в условиях реакции.

Полученные результаты вносят вклад в развитие синтетической и теоретической органической химии, а также имеют существенное значение для создания новых биологически активных соединений, в том числе на основе других тритерпеноидных молекул.

Практическая ценность заключается в разработке методов синтеза новых платформ для дальнейших превращений на основе доступного тритерпеноида - бетулина.

Апробация. Результаты выполненной работы обсуждались на семинарах Отдела химии природных и биологически активных соединений, молодежных конкурсах научных работ НИОХ СО РАН. Отдельные части работы были доложены на конференциях "Актуальные проблемы химии природных соединений" (18 - 19 марта, 2009, Ташкент), VII всероссийской конференции с молодежной научной школой "Химия и медицина, ОРХИМЕД-2009" (1-5 июля,2009, Уфа), на 2-й российско-корейской конференции «Current issues of natural products chemistry and biotechnology» (March 15-18, 2010, Novosibirsk), конференции «Current topics in organic chemistry» (June 6-10, 2011, Novosibirsk).

Публикации. По материалам диссертации в рецензируемых журналах опубликовано 4 работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и 1-го приложения. Список использованной литературы содержит 145 наименований. Текст диссертации содержит 106 страниц машинописного текста, включая 5 рисунков, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В литературном обзоре приведены и проанализированы основные методы получения А-секопроизводных пентациклических тритерпеноидов. Данные структурированы по типам превращений и используемых реагентов.

Выделение бетулина и получение аллобетулина.

Бетулин 1 был выделен из коры березы Betula pendula со средним выходом 11.9%. Аллобетулин 2 синтезировали с помощью кислотно-катализируемой перегруппировки бетулина 1 протекающей под действием H2S04 нанесенной на силикагель (Схема 1). Выход в крупномасштабном синтезе (40 г) составил 64% после кристаллизации из изопропаиола.

Схема 1.

Нитрование аллобетулина и получение 2,3-еекопроизводных.

Было изучено взаимодействие аллобетулина 2 с азотной кислотой. При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой (d=1.35) при комнатной температуре (~20°С) происходит окисление 3-гидрокси-группы до кето-группы и введение одной шпро-группы во второе положение субстрата с образованием а-нитрокетона 3 (Схема 2). В спектрах ЯМР соединения 3 присутствуют сигналы нескольких форм. Опираясь на литературные данные1 для основной формы была предложена структура нитроенола За, а оставшиеся две отнесены к диастереомерным нитрокетонным формам ЗЬ. Увеличение содержания нитрокетоных форм с увеличением полярности растворителя (5% в CDCb, 30% в пиридине-с^) находится в согласии с литературными данными для а-нитроциклогексанона. Структура соединения 3 также подтверждается данными РСА его соли с триэтиламином (Рис. 1).

При увеличении температуры взаимодействия аллобетулина 2 с концентрированной азотной кислотой (d=1.35) образуется гел-динитропроизводное 4, которое было получено с выходом 60% при выдерживании в течение 30-40 минут в смеси уксусной кислоты с 1,4-диоксаном (1:1) при температуре 70°С (Схема 3). При этом по спектрам реакционных смесей было зафиксировано образование следовых количеств продукта окисления по 28-му положению -соединение 5. Последнее удалось выделить и охарактеризовать в качестве одного из минорных

1 Kitronic acids and esters / A.T. Nielsen. Nitrones, Nitronates and Nitroxides / Patai S , Rappoport Z.- John Wiley & Sons inc- 1989.-C. 58-69.

продуктов в крупномасштабном синтезе соединения 6 в известной реакции2 аллобетулина 2 с дымящей азотной кислотой (Схема 4). Структура соединения 5 была подтверждена методом РСА (Рис 2).

Рис. 1

3 (90%)

O2N НО'

Схема 2.

4 (60%) Схема 3.

5 (следы)

о-5°с '"""Х" о"

6(90%) 5(1%)

Схема 4.

Окислением с помощью Н2О2 (30%) в метаноле в присутствии поташа соединения 3 было получено секо-производное 7 с выходом 75% (Схема 5), которое является аналогом дикислоты 6,

2 Dischendorfcr 0., Juvan H. Untersuchungen auf dem Gebiete der Phytochcmie. // Monatshefte für Chemie, - 1930. -№ 56-C. 272 - 281.

но без 28-оксо-группы. По литературным данным взаимодействие циклических а-ннтрокетонов с комплексными гидридами металлов может проходить с раскрытием кольца субстрата3. Однако, в реакции соединения 3 с ил1Н4 был получен аминол 8, который был выделен с выходом (45%) после хроматографической очистки (Схема 5). Конфигурация амино- и гидрокси-групп в соединении 8 предложена на основании анализа данных ЯМР-спекгроскопии.

Взаимодействием соединения 4 с поташом в системе ТГФ-вода было получено секо-производное 9 с выходом 75% (Схема 6).

Активация карбоксильных групп для реакций нуклеофильного замещения.

Полученные секо-производные аллобетулина б и 7 содержат две пространственно сближенные карбоксильные группы, поэтому с целью получения по этим функциональным положениям азотсодержащих производных (амидов и имидов), были отработаны методы их активации для реакций нуклеофильного замещения. В реакции соединения 6 с хлористым оксалилом (различное соотношение, катализаторы) образуется смесь семичленного циклического ангидрида 10 и дихлорангидрида 11 (Схема 7). В том случае, если берется небольшой избыток оксалил хлорида (~2 экв), по данным ЯМР 'Н, в смеси преобладает циклический ангидрид 10, а дихлорангидрид II находится в следовых количествах. При ужесточении условий реакции (избыток до 30 кратного, добавления катализатора - ДМФА, времени до 96 часов), удается поднять содержание дихлорангидрида только до 25-56%. Тем не менее, соединение 11 может быть получено "in-situ" в реакции с 4-х кратным избытком PClj при кипячении в СН2С12 в течение 30 минут. Однако, в отличие от семичленного циклического ангидрида 10, дихлорангидрид 11 является намного менее стабильным и выделить его из реакционной смеси в чистом виде не

3 Ballini R. Recent Progress on the Ring Cleavage of Cyclic 2-Nitro Ketones by External Nucleophiles // Synlett. -1999.-№7. -C. 1009-1018.

удается. Таким образом, подобрав условия взаимодействия б с оксалил хлоридом, была разработан удобный способ получения семичленного циклического ангидрида 10.

'о +

10

Схема 7

Получение восстановленных производных.

Кислоту 6 и ей циклический ангидрид 10, мы вводили в реакции с различными реагентами с целью получения соответствующих восстановленных производных, перспективных для дальнейшей модификации. Взаимодействием соединения 10 с ПА1Н4 был получен продукт полного восстановления - тетраол 12 (Схема 8). Реакция ангидрида 10 с боргидридом натрия протекала региоселективно с образованием дилактона 13 (Схема 8). Восстановление более стерически затрудненной карбонильной группы в положении 3 остова, вицинальной по отношению к г&н-диметилыгой группировке, хорошо согласуется с литературными данными для несимметричных циклических ангидридов4. Структура дилактона 13 подтверждена РСА.

12 (67%)

13 (96%)

Схема 8

В спектрах ЯМР соединения 13, зарегистрированных при температуре (+28°С) присутствовали очень широкие сигналы на фоне "нормальных", т.о. наблюдалась ситуация характерная для промежуточного в шкале ЯМР химического обмена. Анализ спектров ЯМР, полученных при пониженной температуре (39.9°С), в совокупности с данными квантово-

Рис. 3

' 1. Seyden-Penne. Reductions The Alumino- and Borohydrides In Organic Synthesis, New York: Wiley-VCH, 1997,

92 c.

химического конформационного анализа5 позволил определить две обменивающиеся формы как конформеры семичленного лактонного цикла "А" (Рис. 4).

Pua 4

Основной конформер (78% при -39.9°С) имеет структуру цикла "А" виде кресла (как и в РСА), а у минорного (22% при -39.9°С) это кольцо находится в конформации ванны. По данным расчета они могут переходить друг в друга тремя способами (Рис. 5). Два пути включают промежуточный интермедиат (с высотой барьеров 12.8 и 15.1 ккап/моль соответственно), а оставшийся - проходит без промежуточных соединений (барьер: 16.5 ккал/моль). Наиболее близкими к экспериментальному значению (13.7 ккал/моль при -39.9°С) являются процессы, включающие образование интермедиата. Обсчет данных полученных с помощью метода динамического ЯМР из температурной зависимости спектров по уравнению Аррениуса дал значение ДЕа=13.05 ± 0.16 ккал/моль, а для десятичного логарифма предэкспонентциального фактора/g А = 11.78 ±0.13.

kcal TS2

Рис. 5

Семичленный лактонный цикл в соединении 13 был раскрыт при действии основания до соли 14а (Схема 9). Однако, получение самой кислоты 14 из данного соединения оказалось весьма проблематичным, т.к. она достаточно быстро самопроизвольно переходит в дилактон 13, что следует из данных ЯМР.

5 Визуализация результатов квантово-химических расчетов (структуры, энергии, анимация IRC) доступны по адресу; hltp://limorl.nioch.nsc.ra/guant/conformers/shem/lactoiic/

Схема 9.

Селективного восстановления обеих карбоксильных функций в присутствии лакгонной в соединении 6 удалось добиться, используя систему ИаВШ-Ь, генерирующую комплекс ВИз-ТИБ '7тм/йЛ Для этой реакции оптимальными оказались трехкратный избыток 12 и выдерживание при 40°С в течение 6 часов, при этом наблюдается практически полная конверсия исходного соединения, и диол 15 был выделен с выходом 73% (Схема 10). При проведении реакции при комнатной температуре наблюдается низкая конверсия исходного соединения, вероятно, связанная с образованием нерастворимых промежуточных соединений6, при увеличении же времени реакции в реакционной смеси начинает появляться продукт дальнейшего восстановления - тетраол 12. Интересно отметить, что в системе Ь,аВН4-Вг2-ТНР, карбоксильные группы соединения 6 совершенно инертны к восстановлению, хотя по литературным данным7, замена 12 на Вг2 приводила к ускорению реакции восстановления в случае производных малоновой кислоты, которая также имеет в своей структуре две карбоксильные группы.

NaBhvb

ТГФ, 40°С

6 ч.

6 15 (73%)

Схема 10.

Для получения не описанных ранее в литературе оксепановых циклов "А" в тритерпеноидах, синтезированные 2,3-секодиолы вводились в реакцию внутримолекулярной циклизации. Для этой цели была протестирована система А1С13-ЗЮ2-СН2С12 на примере диола 15. Реакция протекала в достаточно мягких условиях при перемешивании и комнатной температуре в течение 15 часов и искомый продукт 16 был выделен с выходом 73% (Схема 11).

6 Kanth J.V.B., Periasamy M. Selective reduction of carboxylic acids into alcohols using sodium borohydride and iodine//The Journal of Organic Chemistry. -1991.-№ 20. - 5964-5965.

7 Tudgc M., Mashima H., Savarin C., Humphrey G., Davies I. Facile reduction of malonatc derivatives using NaBHi/Br,: an efficient route to 1,3-diols //Tetrahedron Letters. - 2008. - № 6. - C. 1041-1044.

15

16 (73%)

18 (97%)

НО

но

12

,он

Н^О^Ю; (3%)

СНаС|2

о

17(81%) Схема 11.

Для этой реакции более синтетически удобным является другой реагент - Н2804, адсорбированная на поверхности силикагеля. Так при использовании этого реагента тетраол 12 при кипячении в СНгСЬ в течение 15 часов дает соответствующее производное 17, которое было получено с выходом 81% (Схема 11). Соединение 16 было восстановлено иА1Н4 до соответствующего диола 18 с выходом 97%. Таким образом, были получены различные восстановленные производные секо-кислоты 6 и её ангидрида 10.

Не смотря на то, что 2,3-секо-дикарбоновые тритерпеноидные кислоты и их циклические ангидриды в литературе известны, данные о получении на их основе соответствующих амидов и циклических имидов отсутствуют. Для получения азотсодержащих производных синтезированный ранее семичленный циклический ангидрид 10 вводили в реакцию с аминами. Ацилирование соединением 10 аминов протекало гладко в различных растворителях и не требовало добавления дополнительных катализаторов и проводилось при комнатной температуре (~20°С), за исключением анилина и нара-анизидина. В случае последних соединений для ускорения реакции использовали кипячение в диоксане. При реакции с вторичными циклическими аминами -пиперидином, И-метил и К-этилпиперазинами, а также морфолином были получены 2-амидокислоты 19-22 с выходами 75%-90% (Схема 12).

Получение азотсодержащих производных.

/г О \!

О ,

1эх=сн2 (90%) 20х=ы-ме(81%)

21 х-м-е1 (83%)

22 х=0 (75%)

19-22

Схема 12.

Отметим, что по спектрам ЯМР 'Н реакционных смесей не было зафиксировано образование изомерных 3-амидокислот и в этом случае ацилирование протекало региоселективно по стерически менее затрудненному положению.

При взаимодействии соединения 10 с первичными аминами было зафиксировано образование смесей изомерных 2- и 3- амидокислот. Поскольку амидокислоты являются основными предшественниками для синтеза соответствующих циклических имидов, перспективным представлялась отработка способов получения этих производных непосредственно из получаемых смесей амидокислот, без выделения индивидуальных изомеров. Однако, протестированные известные литературные методы получения циклических имидов из амидокислот не привели к желаемому результату. Так, при кипячении смесей изомерных амидокислот, полученных из реакций с бензил и пара-бензиламином, в толуоле с использованием насадки Дина-Старка или взаимодействием с АсС1/Ас20 в кипящей уксусной кислоте наблюдали отсутствие превращений. С целью проверки возможности образования требуемых продуктов при увеличении температуры системы, смесь изомерных амидов, полученную при взаимодействии с бензиламином, выдерживали в атмосфере аргона при постепенном нагревании до 220°С. В результате, по данным ТСХ полной конверсии не наблюдалось, а после стандартной обработки был выделен нор-кетон 23 (Схема 13). При кипячении аналогичной смеси в уксусной кислоте в присутствии Р2О5 после хроматографической обработки была выделена фракция, содержащая, по данным ЯМР :Н, целевой имид 24 и первоначальный циклический ангидрид 10 (Схема 13). Образование исходного ангидрида 10 вероятно связано с нестабильностью амидной группы в этих условиях.

I

130-220°С HjN

тгф

23 (44%) Ю 24

Схема 13.

При взаимодействии смеси амидокислот, полученной в реакции с бензил- или пара-метоксибензиламином в среде ТГФ, с хлористым оксалилом (условия "one-pot") были выделены необычные продукты 25 и 26, имеющие строение цикла "А" как у нор-кетонов, спиро-сочлененных с пирролидинтрионным циклом (Схема 14). Строение соединения 25 подтверждено данными РСА (Рис. 6). Отметим, что спиропирролидинтрионный фрагмент S (Схема 14) нами в литературе не найден, и поэтому производные 25 и 26, вероятно, являются первыми представителями такого класса соединений. Отметим, что во всех реакциях получения таких

продуктов наблюдалось образование единственного диастереомера, поэтому конфигурация нового стереогенного центра С( 1) в их структуре была приписана на основании РСА соединения 25.

м

С1 С1

10

25 (50%), Р!=Н

26 (44%), Я=ОМе

С(22)

Схема 14.

С целью исследования этого превращения, были проведены реакции с индивидуальными изомерными амидокислотами, выделенными методом колоночной хроматографии. В результате при взаимодействии с избытком хлористого оксалила в ТГФ 3-ами до кислоты 27-30 образовывали семичленные циклические имиды 31-34 с выходами 64-84% после хроматографической обработки, в то время как, 2-амидокислоты 35 и 36 давали соответствующие спиропирролидин-трионы 39 и 26 также с хорошими выходами (Схема 15). Однако в случае анилидов 37 и 38 наблюдали образование смеси соединений, из которой были выделены лишь небольшие количества продуктов 40 и 41 (Схема 15). Таким образом, было показано, что такие спиро-производные из соответствующих 2-амидо-З-

карбокси производных, а циклический имид и З-амидо-2-карбокси производное, очевидно, не

вступают в эту реакцию. Для более детального исследования описываемого превращения были

осуществлены реакции 2-амида с ароматическим заместителем 38 и 2-амида с алифатическим

заместителем 36 с избытком хлористого оксалила в среде СБСЬ непосредственно в ампуле ЯМР с

регистрацией спектров с течением времени. В случае анилида 38, уже через 2-3 часа после

добавления оксалил хлорида, наблюдали образование смеси соединений, содержание которых

практически не менялось при выдерживании ампулы при комнатной температуре по крайней мере

в течение недели. При этом присутствовал один основной компонент со структурой 42 и

содержанием 80% и не было зафиксировано образования спиропирролидинтриона 41 (Схема 16).

С целью смоделировать препаративные условия (в которых выделялся продукт 41) реакционную

смесь переместили в открытую колбу и дали растворителю испариться. Затем вновь растворили в

СОС13 и записали спектры ЯМР. При этом наблюдали образование небольшого количества

13

Рис. 6

спиропирролидинтриона 41 и других соединений, предположительно содержащих нор-кетонный цикл "А" в своей структуре (обладающие характерными сдвигами карбонильного атома углерода в области 200-230 м.д.).

О-

28 - 32 (64%)

Ме—

30 — 34 (75%)

6-10 (СОС1)2 у^" ТГФ

Мер—-^

33 (76%) 36 —- 26 (74%)

26, 39-41

-(' \

• 40 (27%) 38 — 41 (23%)

о-

Схема 15.

В спектрах ЯМР соединения 42 наблюдалось наличие затрудненного вращения фенильного заместителя вокруг связи 1М(2')-С(3'), что подтверждается с помощью метода динамического ЯМР, а также спектром МОЕЭУ/ЕХБУ, записанным при температуре -26.5°С в области медленного обмена, в котором присутствуют обменные кросс-пики между неэквивалентными орто-протонами Щ41) и Н(8Г), а так же между неэквивалентными .чета-протонами Н(5Г) и ЩТ). Конфигурация стереоцентра С(1) была предложена на основании наличия ЫОЕ-кросс-пиков между р-метильными группами Ме(25) и Ме(24) и протоном Н(1) в спектре Гч'ОЕБУ, а также сравнением экспериментальных химических сдвигов с расчетными для обоих возможных диасгереомеров 8. Оценка АСФ для этого процесса дает значение - 14 ккал/моль при температуре +29.4°С.

Схема 16.

8 Данные ЯМР экспериментов и вшуализадня результатов квантово-химических расчетов (структуры и энергии) доступны по адресу: ЬКр:/Л|тог1 .т'осЬ.п5с.ш/дцап^сопГогтег5/5Ьет/5р1го/

При проведении реакции с 2-амидом 36, имеющим /гара-метоксибензильный заместитель в своей структуре, наблюдали образование трех соединений и продукта 26 (Схема 17). При этом их содержание зависело от времени (см. Таблицу 1). На основании анализа одно- и двухмерных спектров ЯМР (COSY 'Н-'Н, НМВС, HSQC) и сравнением их с аналогичными спектрами соединения 42 была предложена структура соединений 1-Х и 1-2. Согласно этому, 1-1 представляет собой хлорангидрид первоначальной кислоты 36, при этом амидная группа почти полностью протонирована (широкий синглет на 14.85 м.д.) выделяющимся в процессе реакции хлороводородом. А соединение 1-2 имеет структуру аналогичную 42.

В предположении, что соединение 1-3 является побочным продуктом образующимся с гораздо меньшей скоростью и пренебрегая его содержанием, а также с учетом большого мольного избытка хлористого оксалила (-20-кратный), данные из таблицы были обсчитаны по кинетической схеме последовательных необратимых реакций псевдопервого порядка:

кі

Таблица 1

Время, после добавления оксалил хлорида мин Мольная доля

1-1 1-2 26 1-3

71 0.66 0.14 0.19 0.02

115 0.58 0.13 0.28 0.02

203 0.42 0.11 0.44 0.03

1093 0.05 0.02 0.90 0.03

1635 0.02 0.01 0.94 0.03

1-1

1-2—^-26

Изменение конце!гграции соединения 1-1 со временем хорошо согласуется с реакцией псевдопервого порядка с константой скорости к[=3.9*10"5 с"1 ~ 5 ч), а соединения 1-2 с кг=2.1 * 10"4 с"1 (11,2 ~ 1 ч). Подстановка полученных констант в функцию содержания конечного продукта, соответствующую выбранной кинетической схеме, приводит к хорошему согласию с изменением содержания продукта 26 в реакционной смеси.

По литературным данным при взаимодействии хлористого оксалила с вторичными амидами первоначально образуются оксазолидиндионы, которые могут легко изомеризоваться в пирролидшггрионы при кипячении в этаноле в присутствии пиридина или даже в процессе

перекристаллизации9. Однако, в реакциях соединений 36 и 38 с хлористым оксалилом эти соединения не удалось зафиксировать методом ЯМР, что, вероятно, связано с быстрым взаимодействием с образующейся хлорангидридной группой. Для проверки этого предположения была проведены реакции хлористого оксалила с модельными соединениями, полученными на основе адипиновой кислоты 43-44 и с 2-амидом 45, содержащим карбоксиметильную группу вместо карбоксильной (Схема 18). В реакции адипамида 43 с хлористым оксалилом наблюдали образование сложной смеси продуктов, в то время как из метиладипамида 44 получался оксазолидиндион 46, который был выделен с выходом 38% после колоночной хроматографии. Интересно, что при проведении этой же реакции, но в присутствии триэтиламина, наблюдали бурное взаимодействие и из реакционной смеси было выделено небольшое количество пирролидинтриона 47, который по данным ЯМР находится в енольной форме. Аналогично, в реакции соединения 45 с хлористым оксалилом был получен оксазолидиндион 48 с выходом 87% после хроматографической очистки. Однако, в спектрах ЯМР этого соединения, записанных при температуре +28°С, в отличие от модельного оксазолидидиона 46, присутствовали сильно уширенные сигналы, что делало невозможным подтверждение структуры. При понижении температуры до -28°С в спектрах проявлялись сигналы трех соединений в соотношении 79.4 : 18.2 : 2.4, которые по данным NOESY/EXSY находятся в обмене друг с другом, при этом их строение соответствовало оксазолидиндиону 46. На основании квангово-химического конформационного анализа10, было предположено, что наблюдаемая в спектрах картина связана с затрудненным вращением вокруг С(4)-С(5) связи. Таким образом, на основании превращений показанных выше и, опираясь на литературные данные, образование спиропирролидинтрионов 25-26 и 39-41 можно объяснить по следующему предполагаемому механизму (Схема 19). Первоначально, при взаимодействии оксалил хлорида с 2-амидокислотами образуется хлорангидрид амидокислоты, который в условиях реакции таутомеризуется под действием выделяющегося хлороводорода -структуры "А". Дальнейшее взаимодействие, приводит к соответствующему оксазолидиндиону -структура "В". Последующий путь, включает внутримолекулярное ацилирование по экзоциклической двойной связи оксазолидинднона (последний фрагмент можно рассматривать с одной стороны как ацил енол, а с другой как ацил енамин), с образованием гипотетического интермедиата "С". Раскрытие этого интермедиата приводит к образованию структуры "D". Последующие внутримолекулярное ацилирование образовавшегося ß-дикетонного фрагмента приводит к конечному продукту - спиропирролидинтриону "S".

9 Skinner G.S., Ludwig R.E. Synthesis and Properties of Oxazolidinediones and Pyrrolidinetriones// Journal of the American Chemical Society. - 1956. - № 18. - C. 4656-4659.

10 Данные ЯМР экспериментов и визуализация результатов квангово-химических расчетов (структуры и энергии) доступны по адресу: http://limorl.nioch.nsc.ru/quant/conformers/shern/spiro/

Сі а

м

а а СНСІз

Сложная смесь продуктов

О о

сН

СНСІз

46 (38%)

м

С| С|

СНСІз МЕ13

44

47(11%)

48 (87%)

Схема 18.

к Я

ни-

(сосі)2 I неї ^ (СОСІЬ |

ноос^ с11хЦ] <5

ЇЇ "

в о с

Схема 19.

При этом, в случае 2-амидов с алифатических заместителями 35 и 36 превращение из соединения "А" в соединение "О" лишь немногим медленней превращения "О" в конечный продукт. Для 2-ариламидов 37 и 38 первое превращение (из "А" в"Ц") протекает намного быстрей по сравнению с 2-амидами с алифатическими заместителями, а второе (из "О" в конечный продукт "Б") - намного медленней, и для увеличения выхода можно попробовать добавить подходящий

нуклеофильный катализатор ацилирования. Для проверки этого предположения из 2-амида 37 в ампуле ЯМР было сгенерировано соединение 49 (Схема 20).

Следует отметить, что как и в случае аналогичного производного 42 в спектрах ЯМР наблюдается заторможенное вращение ароматического заместителя и не фиксируются сигналы продукта - спиропирролидинтриона. Затем добавили небольшое количество диметиламинопиридина. Спектр, записанный через несколько часов, показал наличие следовых количеств продукта, однако превращение шло еще чрезвычайно медленно. В ампулу добавили небольшое количество ОАВСО, при этом из спектров снятых через промежуток времени в 2-ое суток, удалось оценить период полупревращения 49 в 41 при комнатной температуре равным приблизительно 20 суткам. Затем осторожно, при охлаждении ампулы снегом, добавили несколько капель триэтиламина. При этом наблюдали ускорение реакции и оценка периода полупревращения соединения 49 в 41 при комнатной температуре (~25°С) дала приблизительно 15 часов. После выдерживания ампулы в термостате при температуре 50-55°С в течение 8 часов, наблюдали практически полную конверсию соединения 49 в спиропирролидинтрион 41. Таким образом, выход спирролидинтрионов из 2-ариламидов можно увеличить, что требует, в отличие от 2-амидов с алифатическими заместителями, добавки катализатора ацилирования после генерации интермедиатов типа "О".

Отметим, что при взаимодействии вторичных 2-амидов с фосгеном, который как и оксапил хлорид способен приводить к образованию хлорангидридов кислот, в среде ТГФ или хлороформа наблюдали образование сложной смеси продуктов. При этом в случае ТГФ фиксировали образование соединений, предположительно включающих в свою структуру продукт раскрытия и присоединения растворителя в виде 4-хлорбугокси фрагмента. Для проверю! этого предположения была проведена модельная реакция с третичным 2-амидом 19 (Схема 21). В результате действительно был выделен продукт 50.

37

43

41

Схема 20.

с

'о

19

50 (48%)

Схема 21.

Таким образом, было продемонстрировано, что при взаимодействии вторичных 2-амидов с оксапил хлоридом могут быть получены спиропирролидтрионы, а вторичных 3-амидов -циклические имиды. Однако, как уже отмечалось выше, исходные амиды, при взаимодействии первичных аминов с циклическим ангидридом получались в виде смеси обоих возможных продуктов (см. Таблицу 2). При этом выделение их в индивидуальном виде сопряжено с рядом трудностей и, практически всегда, требует многократного хроматографического разделения. Отметим, что по нашим наблюдениям, на соотношение изомерных продуктов реакции (т.е. региоселективность) существенно может влиять выбор растворителя, в котором осуществляется взаимодействие. Перспективной кажется возможность подбора условий, в которых один из возможных продуктов реакции значительно преобладает. Это позволило бы упростить процедуру выделения требуемого изомера и увеличило бы конечный выход соответственно спиропирролидинтриона или циклического имида в расчете на исходный ангидрид. Отметим, что систематического исследования раскрытия аминами несимметричных циклических ангидридов (по крайней мере тех, в которых элемент асимметрии находится непосредственно в цикле, а не в дальней части молекулы), нами в опубликованных литературных данных не обнаружено.

Для проверки возможности управлением региоселективности реакции раскрытия ангидрида 10 первичными аминами был осуществлен ряд ткспсриментов в серии различных часто используемых в синтетической практике растворителях. В качестве модельного амина был выбран шра-метоксибензиламин. Соотношение продуктов определяли с помощью ВЭЖХ. Данные представлены в Таблице 3. Как видно из представленных данных в исследованных растворителях в большинстве случаев преобладает продукт, соответствующий атаке по менее стерически затрудненному центру 2, и при использовании ТГФ или 1,4-диоксана (опыты №4 и №5) соотношение составляет 85:15 в пользу 2-амида. В случае бензола или этанола соотношение уже близко к 1:1 (опыты №14 и №15), в то время как в метаноле (опыты №19) преобладает продукт, соответствующий атаке по более стерически затрудненному центру 3. Полученные две экстремальные точки - МеОН и ТГФ, были выбраны для исследования различных добавок, способных влиять на реакцию ацилирования. Так при добавлении триэтил или трибутиламина в обоих случаях увеличивалось содержание в реакционных смесях 2-амида (опыты №1,2,16,17).

Таблица 2

Взаимодействие циклического ангидрида с первичными аминами

Амин Растворитель Выходы 2-, 3- "

(Г"' ТГФ 51 (77%), 52 (11%) [85:15]

МеОН 36 (36%), 53 (51%) [37:63]

снсь 27 (57%), 35 (42%)

СНС13 54 (28%), 28 (42%)

МеООС СН2С12, ЫЕГ, 55 (13%), 29 (49%)

Ме-ТЧН2б ДМФА (-%), 30 (70%) [27:73]

1,4-диоксан* 38 (76%), (-%) [80:20]

МеО./^ 1,4-диоксан", 37 (80%), (-%)

МЙ3 [90:10]

О ДМФА 56 (81%), (-%) [90:10]

ЫНг*НС1 ТГФ,НЕ13 . 57 (19%), 58 (26%)

" В круглых скобках указаны препаративные выходы после колоночной хроматографии, в квадратных - соотношение продуктов по данным ЯМР 'Н реакционных смесей; 6 в виде концентрированного водного раствора;' кипячение 6 часов

Таблица 3

Соотношение между изомерными амидами по данным ВЭЖХ

№ Растворитель Соотношение 2-:3- № Растворитель Соотношение 2-:3-

I4 ТГФ 93:7(13.3: 1.0) 12 СНС1з 66:34(1.9:1.0)

2е ТГФ 88: 12(7.3 : 1.0) 13 СН2С12 59:41 (1.4: 1.0)

з" - ТГФ 87: 13(6.7: 1.0) 14 бензол 53 :47 (1.1 : 1.0)

4 ТГФ 85: 15(5.7: 1.0) 15 ЕЮН 50 : 50 (1.0 : 1.0)

5 1,4-диоксан 85 : 15 (5.7: 1.0) 16е МеОН 48:52(1.0: 1.1)

6е ТГФ 80:20(3.8: 1.0) 176 МеОН 47: 53(1.0: 1.1)

7 пиридин 80 : 20 (4.0 : 1.0) 18** МеОН 39:61 (1.0: 1.6)

8 МеСИ 72 : 28 (2.6 : 1.0) 19 МеОН 38:62(1.0: 1.6)

9 /-РЮН 71 : 29 (2.4: 1.0) 20* Ме0Н+Н20 (3+2 мл) 38:62(1.0: 1.6)

10 ДМФА 69:31 (2.2: 1.0) 21е МеОН 34:66(1.0: 1.9)

м/ СНзСООН 68:32(2.1 : 1.0)

° Условия реакций: 0.10 ммоль 10, 0.15 ммоль яара-метоксибензиламина, 3 мл растворителя, комнатная температура в присутствии 0.2 мл триэтил и трибутиламинов

соответственно; Л добавлялось каталитическое количество ОМАР; ' использовали предварительно приготовленную соль амина с дегидроабиетиновой кислотой;

/т =60 С; 8 кипячение.

Добавка каталитического количества диметиламинопиридина не влияла значительно на региоселекхивность реакции в обоих случаях (опыты №3 и №17). В процессе реакции сами образующиеся амидокислоты могут влиять на селективность: во-первых, по литературным данным реакция раскрытия циклических ангидридов может сопровождаться автокатализом"; во-вторых, как кислоты они будут взаимодействовать с непрореагировавшим амином давая соли. Чтобы смоделировать эти процессы вместо амина использовали заранее приготовленную его соль с дегидроабиетиновой кислотой. Эта добавка привела к небольшому увеличению содержания 3-амида в реакционной смеси в обоих случаях (опыты №6 и №21).

Таким образом, было продемонстрировано, что на региоселективнось раскрытия циклического ангидрида 10 оказывает сильное влияние используемый растворитель. Однако, в виду многофакторности, прямых корреляций со свойствами среды (кислотность/основность, полярность, протонность/апротонность и т.д.) выявить не удается, за исключением ряда спиртов, в

11 Садовников, А.И. Амидообразование: влияние строения реагентов, свойств среды и температуры : ав-гореф. дие.... д-ра хим. наук;02.00.03 / Садовников Александр Иванович. -Иваново, 2007. — 16 с.

котором с увеличением полярности растет содержание в реакционной смеси 3-амида. Тем не менее, с препаративной точки зрения, для наработки соответствующих 2-амидов реакцию необходимо проводить в среде ТГФ или 1,4-диоксана в присутствии тризтиламина, а для получения 3-амидов лучше использовать метанол.

ВЫВОДЫ

1. Обнаружено новое превращение вторичных 2-амидов 2,3-секо-тритерпеноидных-2,3-дикарбоновых кислот олеанового ряда в реакции с хлористым оксалилом, в результате которого образуются спиропирролидинтрионы. Предложен наиболее вероятный механизм образования таких соединений.

2. На основе доступного тритерпеноида - бетулина, были разработаны методы синтеза новых платформ для осуществления дальнейших превращений.

3. Показано, что секо-производные аллобетулина могут быть получены путем синтеза а-нитро-производных аллобетулона и их раскрытия. Для активации карбоксильных групп в 2,3-секо-28-okco-i 9р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоте в реакциях ацилирования были разработаны удобные способы получения семичленного циклического ангидрида в реакции с хлористым оксалилом или высокореакционноспособного дихлорангидрида, который может быть получен "in-situ" взаимодействием с РС15. На основе 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты и ее циклического ангидрида получены различные восстановленные производные.

4. Установлено, что раскрытие несимметричного семичленного циклического ангидрида 2,3-секо-28-оксо-19р,28-зпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты циклическими вторичными аминами протекает региоселективно с образованием 2-амидов, в то время как взаимодействие с первичными аминами приводит к образованию смеси 2- и 3-изомеров. Показано, что региоселективность этой реакции, в последнем случае, зависит от используемого растворителя.

5. Разработан метод получения семичленных циклических имидов в кольце "А" тритерпеноидов олеанового ряда реакцией 3-амидов с хлористым оксалилом.

6. В растворе 2,3-секо-2,28-диоксо-2,3:19Р,28-диэпокси-18а-олеана методами ЯМР впервые зафиксировано наличие двух основных конформеров для семичленного лактонного цикла.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих сообщениях:

1. Шернюков A.B., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Гатилов Ю.В., Салахутдшгав Н.Ф.,

Толстиков Г.А. Спироциклизация 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-ангидрида

с бензиламинами // Доклады Академии наук. - 2009. - Т. 429. - № 3. - С. 339 - 342.

2. Шернюков A.B., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Гатилов Ю.В., Салахутдинов Н.Ф.,

Толстиков Г.А. Восстановление 2,3-секо-28-оксо-19Р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-

дикарбоновой кислоты и её циклического ангидрида // Химия природных соединений. -2011,-№2.-С. 218-223.

3. Шернюков А.В., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Гатилов Ю.В., Салахутдинов Н.Ф., Толстиков Г.А. Нитрование и получение секо-производных аллобетулина // Химия природных соединений. - 2012. - № 5. - С. 732 - 736.

4. Шернюков А.В., Салахутдинов Н.Ф., Толстиков Г.А. Методы синтеза А-секопроизводных пентациклических тритерпеноидов // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2013. -№4.-С. 880-896.

Основные результаты диссертации доложены на отечественных и международных

конференциях:

1. Шернюков А.В., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Салахутдинов Н.Ф., Толстиков Г.А. Синтез амидов дигидробетулоной кислоты из бетулина // Сборник тезисов конференции "Актуальные проблемы химии природных соединений". Ташкент. - 2009. С. 170.

2. Шернюков А.В., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Салахутдинов Н.Ф., Толстиков Г.А. Восстановление 2,3-секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты и ее циклического ангидрида // Сборник тезисов конференции "Актуальные проблемы химии природных соединений". Ташкент. - 2009. С. 241.

3. Шернюков А.В., Майнагашев И.Я., Корчагина Д.В., Гатилов Ю.В., Салахутдинов Н.Ф., Толстиков Г.А. Получение амидов 2,3-секо-28-оксо-19Р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбоновой кислоты потенциально ценных биологически активных соединений // Сборник тезисов конференции "Химия и медицина, ОРХИМЕД-2009". Уфа. - 2009. С. 88 -89.

4. Shernyukov A.V., Mainagashev I.Ya., Korchagina D.V., Salakhutdinov N.F., Tolstikov G.A. Step-by-Step Preparation of spironorketone from 2,3-seco-19p,28-epoxy-28-oxo-18a-olean-2,3-dicarboxylic anhydride // Book of abstracts of the 2nd Annual Russian-Korea Conference on "Current issues of natural products chemistry and biotechnology". Новосибирск. - 2010. - С. 176.

5. Shernyukov A.V., Mainagashev I.Ya., Komarova N.I., Salakhutdinov N.F., Tolstikov G.A. Regioselectivity in Ring Cleavage by Amines of unsymmetrical Seven-membered Cyclic Triterpenoid Anhydride // Book of abstracts of the Conference on "Current topics in organic chemistry". Новосибирск. - 2011. - С. 188.

6. Shernyukov A.V., Mainagashev I.Ya., Genaev A.M., Salakhutdinov N.F., Tolstikov G.A. Experimental Observation by Dynamic NMR of Axial Rotation Barrier About N(open-chain imide)-Phenyl bond // Book of abstracts of the Conference on "Current topics in organic chemistry". Новосибирск. - 2011. - С. 189.

Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1 печ. л. Заказ № Тираж 110 экз.

Отпечатано на ротапринте Новосибирского института органической химии СО РАН им. Н. Н. Ворожцова. 630090, Новосибирск, 90, пр. акад. Лаврентьева, 9

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. H.H. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук

На правах рукописи

04201360460

Шернюков Андрей Владимирович

Синтез производных 2,3-Секо-28-оксо-19р,28-эпокси-18а-олеан-2,3-Дикарбоновой кислоты

(02.00.03 - органическая химия) Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научный руководитель: д.х.н. Н.Ф. Салахутдинов

Новосибирск-2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................3

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР............................................................................................6

Введение.........................................................................................................................................6

1.1. Окисление надкислотами. Реакция Байера-Виллигера......................................................8

1.2. Автоокисление тритерпеноидных кетонов. Получение диосфенолов и их окислительное расщепление......................................................................................................16

1.3. Перегруппировка Бекмана...................................................................................................21

1.4. Окисление реагентами Сг(У1).............................................................................................24

1.5. Расщепление циклических а-гидроксикетонов Н5Ю5 и РЬ(ОАс)4..................................26

1.6. Окисление азотной кислотой..............................................................................................27

Заключение...................................................................................................................................28

ГЛАВА2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...............................................................................29

2.1. Выделение бетулина и получение аллобетулина..............................................................29

2.2 Нитрование аллобетулина и получение секо-производных..............................................31

2.3 Активация карбоксильных групп для реакций нуклеофильного замещения..................36

2.4 Получение восстановленных производных........................................................................37

2.5. Получение азотсодержащих производных........................................................................43

ВЫВОДЫ.....................................................................................................................................57

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.........................................................................58

Литература...................................................................................................................................89

ПРИЛОЖЕНИЕ.........................................................................................................................102

ВВЕДЕНИЕ

Растительные метаболиты вообще и тритерпеноидные в частности привлекают к себе повышенное внимание благодаря как их нативной биологической активности, так и возможности усиления последней путем синтетических трансформаций [1-10]. Одним из интересных вариантов трансформаций, является расщепление кольца "А" циклических тритерпеноидов, которое сопровождается образованием новых функциональных групп, позволяющих проводить дальнейшие превращения. В последнее время растет интерес к получению секо-производных различных тритерпеноидов для скрининга среди них соединений, обладающих ценной биологической активностью. Необходимо отметить, что подобные структуры встречаются в природе и, как предполагается, играют важную роль в системе защиты растений [11].

Целью настоящей работы является разработка методов получения 2,3-секо-производных пентациклических тритерпеноидов 18а-олеанового остова на основе аллобетулина. Эти соединения, по нашему мнению, перспективны для скрининга в плане выявления соединений обладающих высокой фармакологической активностью.

В результате проведенных исследований были разработаны удобные способы получения 2,3-секо-производных аллобетулина на основе 2-нитропроизводных аллобетулона. В качестве метода введения нитрогрупп использовали реакцию нитрования азотной кислотой. Последующее раскрытие полученных соединений различными реагентами приводило к образованию соответствующих 2,3-секо-кислот.

Полученные соединения - 2,3-секо-28-оксо-19|3,28-эпокси-18а-олеан-2,3-дикарбо-новая кислота и её семичленный циклический ангидрид вводились в реакции восстановления с различными реагентами и в результате были синтезированы соответствующие производные. Полученные соединения с диольными фрагментами были введены в реакцию кислотно-катализируемой циклизации с образованием оксепанового цикла "А". Таким образом, нам удалось разработать метод получения соединений с семичленным лактонным и оксепановым фрагментами цикла "А". Отметим, что тритерпеноиды содержащие такие фрагменты в цикле "А" ранее в литературе не описаны.

Для активации карбоксильных групп в полученных 2,3-секодикарбоновых кислотах в реакциях ацилирования был разработан удобный способ получения семичленного циклического ангидрида взаимодействием с оксалил хлоридом или получения высоко реакционноспособного 2,3-дихлорангидрида, который может быть сгенирирован"т-5ки".

Для получение азотсодержащих тритерпеноидов использовали реакцию раскрытия несимметричного циклического ангидрида первичными и вторичными аминами, которая протекала с образованием соответствующих секо-амидокислот - фрагментов в цикле "А" ранее не описанных на других тритерпеноидных остовах. Реакция протекает селективно в случае вторичных аминов, при использовании же первичных, образуются обе возможные амидокислоты в различном соотношении. Было показано, что селективность реакции зависит от используемого растворителя, подбором которого можно добиться преобладания желаемого изомера в реакционной смеси.

Для получения соответствующих семичленных имидов - фрагментов в цикле "А" ранее не описанных на других тритерпеноидных остовах, нам показалось перспективным синтезировать желаемые целевые соединения непосредственно из смеси секо-амидокислот, поскольку при дегидратации из обоих изомеров образуется один и тот же желаемый продукт - циклический имид. Однако, широко используемые литературные синтетические методы не дали результатов. При действии же оксалил хлорида на смесь первичных амидов, из реакционных смесей были выделены необычные продукты спироциклизации, содержащие фрагмент пирролидинтриона в своей структуре. Проведением реакций оксалил хлорида с индивидуальными амидокислотами было показано, что из соответствующего 2-амидо-З-карбокси-производного образуются спиропирролидинтрионы, а из его изомера - семичленные циклические имиды. На основании полученных данных был предположен механизм образования спиро-производных.

Для некоторых из синтезированных соединений, были установлены интересные структурные особенности, такими как наличие нескольких таутомерных форм или конформеров находящихся в динамическом равновесии в растворе, что усложняло определение и подтверждения их строения. Для решения этой проблемы активно использовались современные методы ЯМР и проводились квантово-химические расчеты, что позволило объяснить наблюдаемые явления и подтвердить выводы о строении соединений. Полученные данные могут пригодиться при исследовании структурно-родственных соединений других, помимо тритерпеноидов, классов.

Таким образом, были получены различные секо-производные на основе аллобетулина, строение которых установлено с использованием методов спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Стоит отметить, что разработанные методы получения секо-производных легко могут быть перенесены на другие тритерпеноидные субстраты. Так, по нашему мнению, перспективным является получение соответствующих производных в цикле "А"

тритерпеноидов лупанового ряда - соединений, с известной высокой биологической активностью, полученных на основе бетулоновой кислоты [8-9].

Автор выражает искреннюю признательность всем внесшим вклад в данную работу и благодарит научного руководителя зав. отделом Медицинской химии д.х.н.

Салахутдинова Н.Ф., академика [Голстикова Г.А.|, за ценные дисскусии и идеи, инженера ОМХ Майнагашева И.Я., за непосредственную помощь в проведении превращений. Установление строения большинства полученных соединений и отнесение их сигналов в спектрах ЯМР было проведено сотрудником ЛФМИ к.х.н. Корчагиной Д.В. Квантово-химические расчеты и конформационный анализ проводились в сотрудничестве с к.х.н. Генаевым А.М (ЛИМОР). Рентгеноструктурные эксперименты выполнены сотрудником ЛФМИ д.х.н. Гатиловым Ю.В. Анализ смесей методом высоко эффективной жидкостной хроматографии проведен инженером ОМХ Комаровой Н.И. Автор также выражает искреннюю признательность всем сотрудникам ЛФМИ и ЛМА, стараниями которых были получены необходимые данные для характеризации соединений (элементный анализ, ИК-и масс-спектроскопия, рутинные спектры ЯМР). В выполнение экспериментальной работы, обсуждение результатов химических экспериментов и подготовку материалов к публикации вклад автора является основным.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

'Методы синтеза "А" секо-производных пентациклических тритерпеноидов

Введение

Согласно рекомендациям IUP АС [12], выработанных для природных структур, названия соединений строятся по принципу модификации так называемой базовой или родительской структуры (соответствующий насыщенный, возможно гипотетический, циклический углеводород) с помощью специальных префиксов: секо, нор, гомо, цикло, абео и др., а также указанием положения функциональных групп и конфигурации содержащих их атомов базовой структуры. Согласно этому префикс "секо" обозначает разрыв связи (не важно, насыщенной или нет) в цикле базовой структуры, при этом совершенно не означает отсутствие цикла. Например, встраивание в цикл гетероатома тоже будет обозначаться префиксом "секо". Префиксом "нор" обозначается удаление незамещенного (не важно, насыщенного или нет) атома из базовой структуры, при этом удаление двух атомов будет обозначаться как "динор", трех - "тринор" и т.д. На рисунке 1 приведено общепринятое буквенное обозначение циклов пентациклических тритерпеноидов и "действие" префиксов "секо" и "нор" на базовую структуру.

базовая структура

3,4-секо-производное базовой структуры

3,24-динор-про изводи ое базовой структуры

Рисунок 1.

В данной части работы будут освещены основные методы получения секо-производных по кольцу "А" природных и полусинтетических тритерпеноидов. Необходимо отметить, что получение секо-производных природных тритерпеноидов зачастую является многостадийным процессом, и там, где это нам кажется важным, будут приведены также методы синтеза веществ-предшественников в синтезе целевых секо-производных. Интересно, что многие из этих методов сходны с биохимическими путями, используемыми живыми организмами. Так, часто из природных источников вместе с А-кето-предшественниками выделяются соответствующие А-секо-производные. Например, основными природными путями образования 3,4-секо-производных тритерпеноидов [И,

13-15] (структуры С, Е и її, схема 1), предположительно, является элиминирование, протекающее в производных соответствующих 3-кетонов (структура А, путь 1) или 4-гидроксиметилен-3-кетонов (структура В, путь 2), или контролируемая ферментом реакция Баейра-Виллигера, протекающая непосредственно из 3-кето-производных (структура Б).

Схема 1

НО ОС путь 1 3

путь 3

путь 2

НООС 3 НО~-4г

Х",ОУ" - "хорошо"-уходящие группы Помимо создания веществ, перспективных в плане фармокологической активности, получение А-секо-производных также часто является промежуточным ключевым этапом многостадийного синтеза. Так, предметом многих исследований являлся метод конверсии тритерпенового остова в стероидный. Для этого из тритерпенового цикла "А" (структуры схема 2) требовалось получить еноновую стероидную систему (структуры Н, схема 2). Один из наиболее удачных предложенных вариантов [24, 37] заключался в использовании тринор-секо-производного Е, из которого необходимая структура легко образовывалась путем несложных манипуляций.

Схема 2

Н

1.1. Окисление надкислотами. Реакция Байера-Виллигера.

Реакция Байера-Виллигера (БВ) является удобным синтетическим методом получения из циклических кетонов циклических лактонов и их производных.

Механизм кислотно-катализируемой реакции приведен на схеме 3 [16а]. При этом образующийся интермедиат Крите может также переходить в промежуточный диоксиран [166]. Для несимметричных кетонов приблизительный порядок миграции следующий: третичный алкил > вторичный алкил, арил > первичный алкил > метил [16в]. При этом анти- миграция, вероятно, предпочтительна над гош-миграцией [166]. Из а-дикетонов образуются ангидриды, а из альдегидов могут образовываться соответствующие кислоты или формиаты в зависимости от заместителя и условий проведения реакции [16в]. Конфигурация мигрирующего заместителя сохраняется.

Схема 3

% ^ ^ % + ^ * * ч Ьн

Н^-^Ск К3 ©

интермедиат Криге (Сгіедее)

о-н V

о

Реакция БВ широко применяется для получения соответствующих лактонов и их производных в цикле "А" различных рядов тритерпеноидов. То обстоятельство, что конфигурация мигрирующей группы сохраняется, было использовано для отнесения конфигурации при атоме углерода С(4) фриделина 1 [17] (схема 4).

Схема 4

надбензойная к-та

СНОз

1 2 (62%) В литературных методиках встречаются, в основном, следующие условия окисления тритерпеноидных А-кетонов до соответствующих лактонов: обычно используют л/еша-хлорігадбсіїзойную кислоту (ж-ХНБК), реже - надуксусную, а в качестве растворителя - хлороформ или хлористый метилен. Реакцию обычно проводят при комнатной температуре или охлаждении. Выходы в этих условиях достигают 80-85%.

Сопряженные кетоны дают соответствующие эпоксикетоны [18-19], а не продукты реакции БВ. Интересными примерами служат реакции окисления производных 4-6 [19], полученных из аллобетулина 3. Так, соединение 4 и сопряженный кетон 5 давали соответствующие эпоксиды 7 и 8, в то время как из сопряженного а-дикетона 6 при действии Л/-ХНБК или коммерческого окислителя "реШегИ" (смесь надуксусной, уксусной и серной кислот с водой и перекисью водорода) [19] образовывался продукт реакции БВ - циклический ангидрид секо-дикислоты 9 (схема 5).

Схема 5

а) РС1б Ь) №2СЮ7, бензол, АсОН, комн. т. с) БеОг, диоксан, АсОН, АсгО, кипячение ф м-ХНБК, СНС1з е) ре^еп!, СНС13

Полученные циклические тритерпеноидные лактоны [28-31, 33-35] могут быть раскрыты до соответствующих производных секо-гидроксикислот [18, 32] или же дальнейших продуктов их дегидратации [18, 27]. Такие превращения были детально исследованы на примере лактона 10 [18] (схема 6). Так, при взаимодействии лактона 10 с КОН в смеси бензол-спирт была получена соответствующая секо-гидроксикислота 11а, а при метанолизе в присутствии каталитического количества НгБС^ - соответствующий метиловый эфир секо-гидроксикислоты 11Ь. При увеличении количества Нг804 в присутствии этиленгликоля или метанола были получены продукты дегидратации, содержащие изопропенильную группировку 12а и 12Ь. Метиловый эфир секо-кислоты 12Ь был также получен при пиролизе исходного соединения 10 и последующей обработки

диазометаном, а также при взаимодействии секо-гидроксикислоты lib с POCI3 в пиридине.

Схема 6

f) (83%) д) (52%) h) (34%)

с) КОН 5% в ЕЮН, бензол, 3 дня d) этиленгликоль, CH2CI2, H2S04 0 6% е) МеОН, CH2CI2, H2S04 О 03% f) МеОН, CH2CI2, H2S04 0.1% д) 1 250°С, 2 CH2N2 h) POCI3, пиридин

Продукты дегидратации могут быть получены непосредственно в условиях реакции БВ в виде "one-pot" синтеза [20]. Для этих целей использовали добавку /;-TsOII и проводили реакцию в кипящем СНСЬ (Схема 7). При этом реакция лупанона 13 и моретанона 14 приводила к искомым продуктам 15 и 16, а фриделин 1 давал только соответствующий лактон 2.

Схема 7

&

А В

Полученные данные были интерпретированы с точки зрения устойчивости образующихся лактонов в условиях реакции. Так, в случае соединений 13 и 14, в

а) м-ХНБК, СНС13, p-TsOH, кипячение

промежуточном лактоне может существовать стерическое отталкивание между кето-группой и вицинальной аксиальной метальной группой (структура А), которое дестабилизирует полученные циклы, а в случае соединения 2 такое стерическое напряжение отсутствует, т.к. вицинальная метильная группа сохраняет экваториальное положение (структура В). Стабильность структуры В подтверждается также и тем фактом, что соответствующая секо-гидроксикислота 33, полученная щелочным гидролизом, самопроизвольно переходит обратно в циклический лактон 2 (схема 12) [21].

Надкислоты являются сильными окислителями и могут окислять гидроксильную группу до кето-группы. В работе [22] исследовалось поведение дегидробетулина 17, лупан-3[3-ола, фриделан-ЗР-ола 20, лупан-3р,28-илдиацетата, лупан-З Р-и лацетата и фриделан-ЗР-илацетата, а также дендропаноксида при кипячении с л*-ХНБК в СНС1з. В этих условиях соединения, содержащие Зр-гидроксильную группу, давали смесь соответствующих 3-кетонов и лактонов, а в ацетатах ацетильная группа оставалась неизменной, при этом происходило окисление с введением в остов гидроксильных и кето-групп по "неактивированным" углеродным атомам с образованием соединений, сходных с продуктами, которые получали методом "сухого" озонолиза (озонолиз на подложк