Синтез, свойства и стереохимические особенности производных гликольурилов на основе амино- и уреидокислот тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ имени Н.Д.ЗЕЛИНСКОГО

На правах рукописи

ЧИКУНОВ Илья Евгеньевич

СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И СТЕРЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ ГЛИКОЛЬУРИЛОВ НА ОСНОВЕ АМИНО- И УРЕИДОКИСЛОТ

(02.00.03 - органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 2005 г.

Работа выполнена в лаборатории азотсодержащих соединений Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Научный руководитель: кандидат химических наук,

Кравченко Ангелина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

Костяновский Ремир Григорьевич

доктор химических наук, профессор, Беленький Леонид Исаакович

Ведущая организация: Институт элементоорганических

соединений им. А. Н. Несмеянова РАН

Защита состоится 17.06.2005г. в 11:30 на заседании диссертационного совета К 002.222.01 по присуждению ученой степени кандидата химических наук при Институте Органической Химии им. Н.Д. Зелинского РАН по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский просп., д. 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН.

Автореферат разослан 17.05.2005г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 002.222.01,

доктор химических наук Родиновская Л.А.

' Актуальность темы. Известно, что многие лекарственные средства являются рацемическими, причем активным, как правило, оказывается только один из энантиомеров. Проблема получения энантиомерно чистых биологически активных соединений остается одной из важнейших задач органической и медицинской химии. В 70-х годах прошлого века в лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН был выявлен новый класс психотропных соединений -бициклические бисмочевины октанового ряда. В частности, мебикар (2,4,6,8-тетраметил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-дион — или тетраметилгликольурил*) широко известен как дневной транквилизатор, обладающий ноотропным и антигипоксическим эффектами. Биологические испытания других М-алкилгликольурилов, большинство из которых хиральны, проводилось на рацематах, так как соединения такого типа химически инертны и разделение их на энантиомеры классическими методами, например, кинетическим разделением, связано с определенными трудностями. Первые представители энантиомерно чистых 2,8-диалкилгликольурилов были получены с использованием спонтанной кристаллизации (кристаллизации в виде смеси отдельных гомохиральных кристаллов — конгломератов). До начала настоящей работы не найдено других подходов к разделению рацемических и синтезу энантиомерно чистых гликольурилов. Поэтому разработка методологии получения новых энантиомерно чистых производных гликольурилов является актуальной задачей.

Целью работы является разработка новых подходов к синтезу энантиомерно чистых производных гликольурилов на основе аминокислот и их производных.

В связи с этим в работе предусматривалось решение следующих основных задач:

1. Разработка методов получения оптически чистых полициклических производных гликольурилов введением энантиомерно чистых фрагментов в ахиральные молекулы гликольурилов.

2. Синтез рацемических производных гликольурилов, содержащих ТУ-карбокси-алкильные заместители, и поиск в этом ряду структур, способных кристаллизоваться как конгломераты, а также их энантиомериый анализ методом ВЭЖХ на хиральных фазах.

3. Разработка методов диастереоселективного и диастереоспецифичного синтеза М-карбоксиалкилгликольурилов с заданными конфигурациями асимметрических центров с использованием оптически чистых предшественников.

4. Изучение химических превращений полученных соединений для расширения круга функционализированных производных гликольурилов.

'Производные 2,4,6,8-тетраазабицикло[3 3 0]октандионов имеют тривиальное наиболее употребляемое в литературе название гликольурилы, которое!М)»^р|^ис>1^льзодать в дальнейшем при изложении материала I БИБЛИОТЕКА " '

Научная новизна. Исследована конденсация (5)-а-аминокислот с ахиральными 2,4,6,8-тетрагидроксиметил- и 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагадроксиметилгликольурилами и синтезированы оптически чистые тетра- и пентациклические производные гликольурилов: гексагидро-2,Зя,4а,6,7а,8а-гексаазациклопента[£?е/]флуорен-4,8-дионы и 8Ь,8с-бутано-гексагидро-2,Зй,4а,6,7а,8а-гексаазациклопента[<^й/]флуорен-4,8-дионы, содержащие Л'-кар-боксиалкильные заместители.

Впервые обнаружена высокая диастереоселективность взаимодействия 4,5-дигиЕроксиимидазолидин-2-онов с энантиомерно чистыми (Л)- или (5)-Лг-карбамоил-а-аминокислотами, приводящая к Л'-(а-карбоксиалкил)гликольурилам, и найдены условия диастереоспецифичного осуществления этого процесса с препаративными выходами. Использование Л'-карбамоил-а-аминокислот противоположной конфигурации позволяет направленно синтезировать энантиомеры гликольурилов с заданными конфигурациями мостиковых атомов углерода бицикла — (15.5Л) — для (Л)-А^-карбамоил-а-аминокислот и (\R.5S) - для (5)-Л^-карбамоил-а-аминокислот, что однозначно подтверждено методом РСА.

Проведено систематическое исследование циклоконденсации ахиралъных уреидокислот с 1,3-Нг, 1,3-Ме2, 1,3-Е12-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онами в зависимости от строения исходных соединений и параметров процесса, и показано, что выходы гликольурилов уменьшаются как при переходе от 1,3-Нг- к 1,3-Мег- и 1,3-Е12~4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онам, так и при удлинении карбоксиалкильной цепи в используемых уреидокислотах; причем оптимальная продолжительность реакции для большинства уреидокислот составляет 3 часа. Проведен энантиомерный анализ полученных рацемических соединений методом ВЭЖХ на хиральных фазах. Предложен и частично подтвержден методами квантовой химии и 'Н ЯМР-спектроскопии механизм исследованных реакций, который может быть описан в рамках процесса а-уреидоалкилирования Выявлено, что рацемическая 4-(6,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)масляная кислота (9Ь) кристаллизуются в виде конгломерата, энантиомеры которой выделены в индивидуальном состоянии и охарактеризованы углами вращения плоскости поляризации света.

Изучена конденсация ЛГ-карбамоилглицина с глиоксалем, которая позволила синтезировать NN-дикарбоксиалкилгликольурилы и не описанное ранее ЛУ/*-дикарбоксиалкилпроизводное бис(диоксаланоимидазолидинов) - 3,3,-би{(1/?*,55*)-2,4-диокса-6,8-диаза-7-оксобицикло[3.3.0]окт-6-ил)уксусную кислоту}.

Исследовано отличие реакционной способности а- и со-уреидных фрагментов а,ш-диуреидокислот, полученных на основе (5)-цитруллина и (ф-лизина, по отношению к 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онам и показано, что в бициклообразовании участвует ев-

уреидный фрагмент, а а-уреидный фрагмент циклизуется в гидантоиновый цикл. В результате исследования осуществлена "one-pot" двойная циклизация с образованием ранее неизвестных Л'-гидантоиноалкилгликольурилов и найдены условия синтеза гликольурил-а-аминокислогы.

Оценена устойчивость 2-[(1Л*,55*)-(2,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло-[3.3.0]окт-2-ил)]уксусной кислоты (9f) и 3-[86,8с-бутано-6-(2-карбоксиэтил)-4,8-диоксотетрагадро-23а,4а,6,7а,8о-гексааза1шклопента[<&/]флуорен-2-ил]пропионовой кислоты (lj) к гидролизу Установлено, что при нагревании 9f под действием кислоты и lj в воде разлагаются до исходных соединений и продуктов их перегруппировки, что подтверждено с помощью ПМР-спекгроскопии.

Практическая ценность. Разработаны препаративные методы получения энантиомерно чистых гликольурилов с заданной конфигурацией мостиковых атомов углерода.

Разработан общий препаративный способ получения /V'-карбамоил-а-аминокислот.

На основе взаимодействия 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов и ахиральных уреидокислот разработан метод синтеза рацемических Л'-карбоксиалкил гликольурилов. Изучены химические свойства карбоксильной и NH-групп в реакциях, характерных для этих групп, что позволило расширить спектр функционализированиых производных гликольурилов.

Разработан препаративный способ получения оптически чистых тетра- и лентациклических производных гликольурилов.

Предложены способы получения не описанных ранее производных гидантоиноалкилгликольурилов и метиленбис(А?-карбоксиалкилгликольурилов), а также ЛУУ-дикарбоксиалкилпроизводного бис(диоксаланоимидазолидинов).

Разработанные синтетические подходы могут быть в дальнейшем использованы в органическом синтезе и синтезе новых потенциально биологически активных соединений.

Представители основных типов синтезированных соединений переданы в Институт Технической Химии УрО РАН и Естественнонаучный Институт при Пермском Государственном Университете для изучения токсичности, нейротропной активности, а также противомикробной активности. Выявлено, что исследованные вещества являются относительно безвредными или практически нетоксичными (по классификации К.К. Сидорова (1973)) и среди них обнаружены структуры, обладающие антигипоксической, ноотропной, анксиолитической активностями, причем 4-[( 1 /?*,55*)-(3,7-диоксо-2,4Д8-тетраазабицикло[3.3.0]-окт-2-ил)]масляная кислота (9с) обладает дозозависимой нейротропной активностью. 1,5-Бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметил-2,4,6,8-теграаза-

бицтсло[3.3.0]октан-3,7-дион проявляет слабую бактерицидную активность в отношении условно-патогенных культур Е coli и St. aureus

Исследования в этой области химии были поддержаны грантом РФФИ № 02-0333257.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены на I конференции молодых ученых по органической химии ИОХ РАН, (Москва, 2005), Международном семинаре "Scientific Advancees in Chemistry: Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Forces" (Екатеринбург, 2004), VII Молодежной Научной конференции по органической химии «Актуальные проблемы органической химии» (Екатеринбург, 2004), конференции «Фундаментальные науки-медгщте», (Москва, 2004), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей и тезисы 10 докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы по методам получения производных гликольурилов, содержащих А'-карбоксиалкильные группы, и синтезу и химическим превращениям уреидокислот, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов, приложения и содержит /¿z13 стр. машинописного текста и список цитируемой литературы, включающий наименований.

Обсуждение результатов. В соответствии с целью работы, исследования, направленные на получение оптически чистых гликольурилов, проводились по следующим основным направлениям:

1) Введение энантиомерно чистых фрагментов в ахиралыще молекулы гликольурилов.

2) Синтез рацемических производных гликольурилов и поиск конгломератов среди полученных соединений, а также их энантиомерный анализ методом ВЭЖХ на хиральных фазах.

3) Разработка методов диастереоселективного и диастереоспецифичного синтеза N-карбоксиалкилгликольурилов с использованием хиральных предшественников.

1. Синтез оптически чистых циклических производных гликольурилов реакцией (5)-а-аминокислот с 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметил- и 2,4,6,8-тетрагидроксиметил-

гликольурнлами.

Для осуществления первого подхода была выбрана реакция конденсации нехиральных 2,8-ди- (4Ь), 2,4,6,8-тетра1идроксиметилгликольурилов (4а) и 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметилгликольурилов (4с) с (5)-а-аминокислотами, которая могла приводить к оптически чистым конденсированным гликольурилам. Примеры производных три-, тетра и пентациклических систем I, II приведены, в основном, в патентной литературе

R—N

и

-.An-

■N N-

т

N-R

LJ

0

1

la R=CH2COOH, n=0 lb R=CH2COOEt, n-0 Ic R=CH2CONHCH2COOEi, n=0 в виде формул Маркуша Id R-(CH2)5C00H, n=0 IeR=(CH2),0COOH, n=0

N

I R

II

1,11. R=(CH2)mCOOH, n>0, m=l-22

в виде структур Маркуша*. Только некоторые из них (1а-е) синтезированы и охарактеризованы. Известно, что получение этих соединений осуществляется взаимодействием 2,4,6,8-тетрагидрокси-метилгликольурилов (4а-с) с некоторыми ахиральными аминокислотами. Сведений об использовании в этих процессах а-аминокислот не обнаружено

С целью разработки синтеза оптически чистых три-, тетра- и пентациклических конденсированных производных гликольурилов сначала нами было изучено получение описанных в патентах производных la-d взаимодейс1Вием тетрагидроксиметил-гликольурила 4а, синтезированного реакцией 4 эквивалентов формальдегида (в виде водного раствора) с гликольурилом За, и нехиральных аминокислот (Gly, р-А1а, GABA), а также дипептида (Gly-Gly) в виде их калиевых солей. Тетрациклы la-d были получены в водной среде при температуре 85-90 °С. Продолжительность реакций варьировалась от 1ч до 2,5ч. Установлено, что оптимальная продолжительность реакций—2ч.

В спектрах ПМР выделенных продуктов реакции наблюдались сигналы побочных трициклических соединений 2a-d. После кристаллизации из воды были получены тетрациклы la-d с препаративными выходами 65-90%. Разработанные условия использовались нами при получении целевых оптически чистых производных гликольурилов le-h взаимодействием (5)-а-аминокислот (Val, Met, Trp, nor-Val) с 4а.

AJ Л L

NH ЦА-J

4СН20, ОН" N, ,N

гл

он

о

R-N )—( Н20, 80-90°С, l-2h. \—N N

2H,NR

N-

н н

И X >=°

1 N^-N

L,

н н

v. N-_~N

N-R + 0=< I V=0 N N

V

OIL

l,2a-h

R=CH2COOH (а), (СН2)гСООН (b), H20, 80-90°C, I-2h (CH2)3COOH (c), CH2CONHCH2COOH (d),

fs;-ch(c00h)ch(ch3), ад, (s>ch(cooh)ch2ch2sch3 (0,

(S>CH(COOH)CH2-Ind (g), (S>CH(COOHXCH2)jch3 (h)

* Подробнее о патентной формуле Маркуша и о структурах Маркуша изложено в работе Устинова Е.А, Челышева О.В. О широких (родовых) формулах на химические соединения в зарубежной и отечественной практике//Пат. инф. 1995. Вып. 3. С, 45-52). Формула Маркуша сама по себе не соответствует никакому конкретному соединению, она просто является удобным способом обозначения химических структур в обобщенном виде

Тршшклические производные 2а-с были синтезированы конденсацией аминокислот (Gly, (3-А1а и GABA) с 2,8-дигидроксиметилгликольурилом 4Ь (без его предварительного выделения), полученным из гликольурила За и двух эквивалентов формальдегида. Выходы трициклов 2а-с составляют 48-50%. Продукты взаимодействия (^-«-аминокислот с 4Ь были зафиксированы в ПМР-спектрах, но в индивидуальном состоянии выделены не были.

С использованием методики, разработанной на примере 1а-с, были синтезированы пентациклы li-o. Исходный гликольурил ЗЬ получен по известной методике из мочевины и циклогексан-1,2-диона. Тетрагидроксиметилгликольурил 4с, синтезированный реакцией ЗЬ с формальдегидом, вводился во взаимодействие как с ахиральными аминокислотами (в качестве модельных): Gly, (5-А1а и GABA, так и с (5)-а-аминокислотами (а-А1а, Met, nor-Val и Asp) в виде калиевых солей. Как и при получении la-h, в спектрах ПМР продуктов исследуемых реакций наблюдались сигналы побочных трициклических продуктов 2i-o. В индивидуальном состоянии был выделен дробной кристаллизацией только 2i. Целевые пентациклы 11-о получены с препаративными выходами 40-85%.

H2N ^ °Н но ^

СДдар Ol4j-Wo«A90»C, О^Д^С, 1-Sh !&/.

100-C " H ho-¿0-' к ir

3b 4c li-o 2i-o

R=CH,COOH (f), (CHj)jCOOH 0). (CH2)3COOH (k), (S)-CH(COOH)CH(CH3)2 (I), (S>CH(COOH)CH2CH2SCH3 (m), (S>CH(COOH)(CH2)2CH3 (и), ®-СН(СООН)СН2СООН (o)

Строение пента- и тетрацикпических производных lj и 2¡ подтверждено рентгено-дифракционным исследованием. Тетра- и пенгациклические производные гликольурилов 1а-о и 2a-c,i охарактеризованы 'Н и |3С ЯМР спектрами, а оптически чистые le-h и ll-o - и углами вращения плоскости поляризации света.

Таким образом, в результате исследования взаимодействия гидроксиметильных

производных гликольурилов 4а-с с ахиральными и (5^-а-аминокислотами разработан метод получения как индивидуальных оптически чистых тетра- и пентациклических конденсированных гликольурилов le-h,l-o, так и их оптически неактивных аналогов la-d,i-k, а также получены ахиральные трициклические производные 2а-с и тетрацикл 2¡. 2. Разработка методов синтеза рацемических jV-карбоксиалкилгликольурилов и поиск

в их ряду конгломератов.

Образование конгломератов представляет собой простейший путь получения энантиомерно чистых соединений. Как было отмечено выше, в ряду алкилгликольурилов

удалось выявить только два соединения, способных образовывагь конгломераты. Одним из подходов к такому типу гликольурилов могло бы быть введение в состав заместителей у атомов азота карбоксильных групп, способных участвовать в образовании водородных связей. Для выхода к таким структурам мы использовали два подхода: конденсацию уреидокислот с глиоксалем и взаимодействие уреидокислот с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онами (далее — ДГИ) Ахиральные уреидокислоты получали реакцией соответствующих аминокислот с KOCN по методике, разработанной в лаборатории №19 ИОХ РАН.

2.1. Исследование взаимодействия глиоксаля с ахиральными jV-карбамоиламинокислотами.

С целью получения NJV-дикарбоксиалкилгликольурилов нами изучено взаимодействие глиоксаля с ахиральными JV-карбамоиламинокислотами, полученными на основе аминокислот (Gly (5а), Р-А1а (5Ь) или GABA (5с)). Реакцию проводили в водной среде при рН 1-2 и 60-80°С, в условиях, аналогичных известной методике получения N-алкилгликольурилов.

О,

* О О О о

нсг^п о * нсА, н нсА, г^он u J-л н

0==/ "+ 1 ' 2 N-i-N ^ N-1-N НСГ N » о

Л L -- О-Ч X >0 + ОК X >=° + (Я ТиТ >=о

NH, N^N N.N Wr^n О ,

й'^он н й й-«'

5а-с 6а ^ 6а' 7 О

Как оказалось, реакция М-карбамоилглицина 5а с глиоксалем приводит к образованию 2,6- и 2,8-дикарбоксиалкилгликольурилов 6а и 6а' и ранее неизвестного продукта 7 — 3,3'-би{(1Л*,55'*)-2,4-диокса-6,8-диаза-7-оксобицикло[3.3 0]окт-6-ил)уксусной кислоты}. Из реакционных масс дробной кристаллизацией были выделены сначала бисбицикл 7 с выходом 15-20%, а затем смесь региоизомеров 6а+6а' (в соотношении 1:1), общий выход которых составил 8-12% Строение 7 доказано методами 'Н и ,3С ЯМР спектроскопии по аналогии с 3,3'-би(6,8-диалкил-2,4-диокса-7-тиа-6,8-диазабицикло[3.3.0]октан-7,7-диоксидами). Регио-изомеры 6а и 6а' из-за близости физико-химических свойств разделить не удалось. При использовании Л'-карбамоил-Р-аланина 5Ъ и Д'-карбамоил-у-аминомасляной кислоты 5с в аналогичной реакции получены нехарактеризуемые смеси.

2.2. Поиск оптимальных условий синтеза рацемических ДГ-карбоксиалкилгликольурилов.

Для синтеза ДГ-карбоксиалкилтликольурилов 9 использовали взаимодействие уреидокислот 5 с ДГИ 8. Принципиальная возможность синтеза представителей такого типа соединений показана в литературе. Известно несколько примеров синтеза И-карбоксиалкилгликольурилов реакцией некоторых ахиральных уреидокислот с ДГИ 8а. С целью расширения круга соединений, потенциально способных кристаллизоваться как

7

конгломераты, и оптимизации реакций уреидокислот 5а-е с 1,3-Н2, 1,3-Ме2 или 1,3-Е12-ДГИ 8а-с нами проведено систематическое исследование зависимости выходов № карбоксиалкилгликольурилов 9а-к от продолжительности реакций, характера замещения у атомов азота ДГИ 8а-с, а также длины алкильной цепи в уреидокислотах 5а-е и изучена способность полученных гликольурилов к образованию конгломератов в зависимости от условий кристаллизации.

Синтез гликольурилов 9а-к осуществлялся в водно-кислой среде (рН 1-2) при температуре 80°С и различной продолжительности реакции -1,2 и 3 ч.

Я

0=<

он

ны

>=0

Н2Р, рн~1

н

оК I >=о

80°С, 1-3 Ь.

ОН

8

8а. Я=Н 8Ь. Я=Ме 8с.Я=Е1

(СН2)П

5 °

5а. п=1 5Ь. п=2 5с. п=3 5(1. п=4

5е. п=1; Я'=ШСН2ССЮН

N * N

\

О

ОН

(К')

о

я. Л .я

N N

10

10а. п=0, Я=Н 10Ь. п=0, Я=Ме

гр. симметрии 9а. п=1, Я=Н С2/с,г=8 9Ь. п=2, И=Н Р2,/с, г-41/2(Н20) ¡¿¿.'п'=0,' 9с. п=3, Я=Н Р2,/с, г=8 10а. п=1,

9й. п=4, Я=Н

9е. п=1; Я=Н, 11-МНСН2С00Н Я п=1, Я=Ме

9g. п=2, Я=Ме Рпа2„ Ъ=4 (Н20) 9Ь. п=3,Я=Ме 9ь п=1,Я=Е1 9j. п=2,

9к. п=3,Я=Е1 РЬса, 2=8 Выходы гликольурилов 9а-с,Г-к в зависимости от заместителей в ДГИ 8а-с, уреидокислотах 5а-с и продолжительности реакции представлены в виде графиков:

Зависимость выходов гликольурилов 9 от времени реакции я заместителей

Зависимость максимальных выходов 9 выход, % от заместителей

во1

01 С1у Ь-А1а вАВА

ПН 68 58 63

ЯМе 55 38 39

ЯЕ1 15 5 го

■р«мя ч«с

Из анализа приведенных на графиках данных видно, что выходы гликольурилов уменьшаются как при переходе от 1,3-Н2- (8а) к 1,3-Ме2- (8Ь) и 1,3-Е12-ДГИ (8с), так и при удлинении карбоксиалкильной цепи в используемых уреидокислотах 5а-с. В связи с тем, что

8

выходы jV-карбоксиалкилгликольурилов 9с,h,к, подученных при использовании N-карбамоил-у-аминомасляной кислоты при увеличении продолжительности реакции уменьшаются при переходе от 1,3-Н2- к 1,3-Е12-ДГИ, гликольурилы 9d,e синтезировали взаимодействием 5d,e с ДГИ 8а в течение 1ч. Оптимальной продолжительностью реакций при получения 9а,с,j,h,к является Зч, для 9g,к — 2 ч, а при синтезе 9Ь - 1ч.

Во всех случаях изученных циклоконденсаций протекают два известных побочных процесса: перегруппировка соединений 8а-с в гидантоины 10а-с и циклизация уреидокислот 5а,b в гидантоины 10а,d. Снижение выхода целевых гликольурилов 9 сопровождается увеличением выхода продуктов побочных процессов 10. Наименее реакциопноспособным в реакциях с 1,3-Ме2-(8Ь) и 1,3-Е12-(8с)ДГИ оказался iV-карбамоил-р-аланин 5Ь, который в этих условиях циклизовался в дигидропиримидин-2,4(1#,3//)-дион lOd.

2.3. Поиск конгломератов в ряду /V-карбоксиалкилгликольурилов.

С целью выяснения способности кристаллизоваться в виде конгломератов, исследовались процессы кристаллизации синтезированных гликольурилов 9а-к из НгО, 30%-ного водного МеОН и МеОН. Кристаллы 9а-с, 9g, 9h и 9к, удовлетворяющие требованиям РСА, были получены при кристаллизации из НгО. Соединения 9b-d,g и 9к кристаллизуются в виде рацемических кристаллов в центросимметричных пространственных группах, а 2-карбоксипропил-6,8-диметилгликольурил 9Ь кристаллизуется в виде кристаллов различной формы. Кристаллы клиновидной формы — 9h' имеют [а]о= +21,92° (с 1.31, НгО), тогда как кристаллы 9h", имеющие вид квадратных пластинок — [о.]ц = —18,68° (с 0.38, II2O). Другие физико-химические характеристики 9h' и 9h" одинаковы, что говорит о способности (±)9h кристаллизоваться из Н20 в виде конгломерата. Этот вывод подтверждается и данными РСА, так как 9h кристаллизуется в нецентросимметричной пространственной группе P2¡.

На основании данных РСА установлено, что каждый бицикл в 9h' построен из г^ис-сочлененных имидазолидиноновых циклов, а оба атома водорода при С(1) и С(5) ориентированы во вне "полураскрытой книги" бицикла. Имидазолидиноновый бицикл имеет форму уплощенного конверта. По-видимому, на возможность гомохиральной самосборки Л^-карбоксиалкилгликольурилов влияют алкнльные заместители в положениях 6,8 и конформация N-карбоксиал (сильного заместителя.

Таким образом, нами выявлен новый конгломерат в ряду гликольурилов и впервые выделены индивидуальные энантиомеры 6,8-диметил-2-карбоксипропилгликольурила 9h.

2.4. Энантиомерный анализ jV-карбоксиалкилгликольурилов.

Для разделения рацемических Л'-карбоксиалкилгликольурилов, не образующих конгломератов, была использована ВЭЖХ на хиральных фазах. Исследования выполнялись в ИНЭОС под руководством проф. В.А. Даванкова. Энантиомерный анализ полученных соединений 9Ь,с,Ь выполнен с использованием в качестве хирального селектора в ВЭЖХ-фазе РгопШвП, СЫга1 АХ <3№-1 ^зск^, Германия). Ионообменный тип хроматографии обеспечивался присутствием в метанольном элюенте конкурирующих ионов уксусной кислоты и ацетата аммония. Для детектирования использовался рефрактометрический датчик.

Таким образом, систематически исследовано взаимодействие глиоксаля и 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с ахиральными уреидокислотами, и получены моно- и дизамещенные N-карбоксиалкилпгакольурилы. При изучении реакции JV-карбамоилглицина с глиоксалем синтезирован первый представитель не описанных ранее N-карбоксиалкилпроизводных диоксоланоимидазолидинов — 3,3'-би(2,4-диокса-6,8-диаза-7-оксобицикло[3.3.0]окт-6-ил)уксусная кислота. При исследовании конденсации ахиральных iV-карбамоиламинокислот с различными ДГИ 8а-с (1,3-Н2, 1-Ме,3-Н, 1,3-Мег, и 1,3-Et2) выявлена зависимость выходов Л'-карбоксиалкилгликольурилов от продолжительности реакции, характера замещения у атомов азота ДГИ, а также длины алкильной цепи в уреидокислотах. Методом РСА установлено, что 4-(6,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-татраазабицикло[3.3.0]овсг-2-ил)масляная кислота (9i) кристаллизуется в виде конгломерата. Разработана методика энантиомерного анализа рацемических Л'-карбоксиалкилгликольурилов с использованием ВЭЖХ на хиральных фазах.

3. Разработка диастереоселективного и диастереоспецифичного синтеза N-

Ранее в ИОХ РАН было выявлено, что реакция (£)-Л/-карбамоил-а-аланина с ДГИ протекает диастереоселективно с образованием диастереомеров в соотношении 2:5. Этот пример говорит о возможности использования энантиомеров (б")- или (Л)-Л'-карбамоил-а-аминокислот в диастереоселективных синтезах гликольурилов.

ii=««l—а—г

т

карбоксналкилгликольурилов.

3.1 Синтез исходных а-уреидокислот.

Несмотря на разнообразие предлагаемых методов синтеза уреидокислот, отсутствует общий способ, применимый ко всем аминокислотам. Разработанный ранее в ИОХ РАН метод получения ахиральных уреидокислот на примере 5а-е взаимодействием соответствующих аминокислот с KOCN был распространен на получение энантиомерно чистых jV-карбамоил-а-аминокислот. Реакцию проводили при температуре кипения водного раствора реагентов в течение 20-30 минут. Таким образом, нами разработана общая методика, позволяющая синтезировать как рацемические 5а-е, так и энантиомерно чистые N-карбамоил-а-аминокислоты 5f-w с выходами, близкими к количественным.

о

NH, Н2° JL r выход

I ♦ KCN0 90-100°С, 0 5 h й 60"94%

Sf-ц

R= иыхол, % R= выход, %

5f,f,f. СН(СООН)СН2СН2СН3 (W/ti'-nor-Val)* 81 5о. CH(COOHXCH2)4NH2 (S-Lys)« 65

Sg. СН(СООН)СН2СН3 (S-a ABA)* 86 5p. CH(COOH)CH2Ind (5-Trp)* 87

11 CH(COOII)CH2(p-HO-Ph) (S-Tyr)* 72

5j СН(СООП^П Ph (5-Phlr 76 Sr- CH(COOH)CH2CH2COOH (S-Glu)* 65

5k. CH(COOH)CH(CH3)CH2CH3 (5-Heu)* 85 ^ стгопп'^п'гпкн Ж 6J

5Ц',1". CH(COOH)CH3 (S/mS-Ala)' 94 5t. CH(COOH)CII2CONH2 (Д-Asn)* 68

5mjn\m".CH(COOH)CH(CH3)2 (S/R/R.S-Val)» 78 Su. CH(COOH)CH2CH2NHCfNH)NH, (Д'-Arg)* 66 Sn. CH(C0OHXCH2)3NHC(O)NH2 (S-Cit)* 60 5v. CH(COOH)CH2OH (S-Ser)» 69

Sw. (CH(COOH)CH2CH(CH3)2 (S-Leu)* 76

♦В скобках указаны исходные a-аминокислоты

3.2. Диастереоселективный синтез iV-карбоксиалкилгликольурилов.

С целью выяснения возможности диастереоселективного протекания реакции нами было проведено детальное исследование конденсации ДГИ 8а с (5)- или (й)-Л'-карбамоил-а-аминокислотами (в частности, (5)-Л'-карбамоилнорвалином, (ЭД-Л^-карбамоил-а-аминомасляной кислотой, (5)-Л'-карбамоилметионином, (5)-УУ-карбамоилглютамином, (R)-N-карбамоилметионином) 5f-l. Циклоконденсация проводилась при рН 1-2 в водной, либо в водно-изопропанольной средах в зависимости от растворимости исходных веществ. Во всех случаях целевые гликольурилы 11а-е получены с препаративными выходами.

¡V0H Н\=0 Н+, H20/i-Pr0H Ифй И©К VNH

0=<н4ч + н\ Я" 60-90°С, 1-3h + + HNY^R

н он ,s.\_/ H(R-) \ ОН h(S" \ он II

'Vo Xя X<R,) ы

5 (преобладающий) '(минорный)

5f. R=CH2CH2CH3 (Sj 11а. R=CH2CH2CH3 (SJ 3:1

5g. R=CH2CHj (SJ U b. R=CH2CH3 (SJ 5:1

5h. R=CH2CH2SCH3 (SJ 11c. R=CH2CH2SCH3 (SJ 15:1

5h\ R=CH2CH2SCH3 (R) 11c'. R=CH2CH2SCH3 (R) 15:1

5i. R=CH2CH2CONH2 (SJ lid. R=CH2CH2COOMe, R'=Me (S) 15:1

51. R=CH3 (S) lie. R=CH3 (S) 5:2

51". R=CH3 (R,S) lie". R=CH3 (R.S) 5:2

5h". R=CHjCH2SCH3 (R,S) 11c". R=CH,CH2SCH3 (R,S) 15:1

5f". R=CH2CH2CH3 (R,S) lia". R=CH2CH2CH3 (R,S) 3:1

11

Диастереомерный состав продуктов реакции определяли методом !Н ЯМР спектроскопии. Обнаружено, что гликольурилы 11а-е образуются в виде двух диастереомеров 11а-е и 11'а-е, что проявляется в виде удвоения сигналов всех групп протонов. Анализ наиболее информативной части спектров соединений (область сигналов СН-протонов аминокислотного фрагмента 3,7-4,5 ррт) показывает, что соотношение диастереомеров для гликольурилов 11а и ll'a, lib и ll'b составляет » 3:1 и 5:1 соответственно, а для соединений 11с и 11'с и lid и ll'd - 15:1, что свидетельствует о высокой диастереоселективности реакцией 8а с 5Í-1. Сигналы СН-протонов преобладающих диастереомеров проявляются в более слабом поле по сравнению с соответствующими сигналами минорных диастереомеров. Сигналы остальных протонов проявляются в виде мультиплетов. Для точного определения величин химических сдвигов и КССВ протонов СН(1) и СН(5) синтезированных соединений 11 (все сигналы уширены), были проведены расчеты методом NUMMRIT, реализованным в программе Xsim (ОС Linux).

Разделить смеси диастереомеров 11а и ll'a, lib и ll'b из-за близости физико-химических свойств не удалось. Индивидуальные стереоизомеры 11с и 11'с были получены перекристаллизацией из воды. В процессе выделения преобладающего диастереомера продукта взаимодействия 8а и 5i, который перекристаллизовывался из метанола в присутствии следовых количеств соляной кислоты, произошел гидролиз амидной группы до карбоксильной с последующей этерификацией обеих карбоксильных групп до метиловых эфиров с образованием lid.

Взаимодействие ДГИ 8а с (Л)-Л'-карбамоилметионином 5h' происходило также с высокой диастереоселективностью (соотношение диастереомеров 15:1), и преобладающий диастереомер 11с' был выделен кристаллизацией из воды.

С целью определения конфигурации асимметрических атомов С(1) и С(5) в синтезированных гликольурилах проведено рентгенодифракционное исследование монокристаллов преобладающих стереоизомеров llc,d и минорного стереоизомера 11'с. Показано, что в 11с и lid эти атомы углерода имеют (1Ä,5S) конфигурацию, а в стереоизомере 11'с — противоположную (1S.5Ä).

3.3. Диастереоспецифичный синтез iV-карбоксиалкилгликольурилов.

При диастереоселективном синтезе остается проблема разделения преобладающего и минорного стереоизомеров. Это значительно осложняет использование реакции в препаративных целях.

С целью выявления условий диастереоспецифичного осуществления реакций ДГИ 8а с (S)- или (Л)-Л'-карбамоил-а-аминокислотами 5 на примере взаимодействия 8а с (5) или (R)-N-карбамоилметионином 5h,h' нами было изучено влияние параметров процесса: рН среды от О до 5, температуры от 40 до 90 °С и продолжительности от 0,5 до 4 часов на результат реакции. Установлено, что условиями диастереоспецифичного синтеза являются использование 2 моль НС1 на 1 моль уреидокислоты, температура 80 °С и время проведения реакции 2,5ч. Физико-химические характеристики полученных в этих условиях индивидуальных энантиомеров 11 с,с' соответствуют характеристикам этих же соединений, выделенных ранее.

Найденные условия были использованы в реакциях 8а с другими (S)- или (R)-N-карбамоил-а-аминокислотами 5j-m. Во всех случаях были получены целевые индивидуальные энантиомеры гликольурилов llc-h с препаративными выходами 30-40%.

О. Умн

о

10

r=h, r=ch2ch2sch3 (SJ,

ch2ch2sch3 да,сн(сн3)2 (sj, сн(сн3)2 (Я), сн2рь (S),

сн(с2н5)сн3 (SJ, ch2ch2sch3 (R.S). CH2CH2CH3 (ВД

В результате диастереоспецифично протекающих реакций 8а с (5)- и (R)-N-карбамоилметионином 5h и 5h' и (5)- и (7?)-Лг-карбамоилвалином 5т и 5т' образуются знантиомерные пары 11с и 11с' и llf и llf, имеющие идентичные физико-химические характеристики, в том числе, одинаковые по значению, но противоположные по знаку углы оптического вращения. Уреидоалкилирование (1У)-Д''-карбамоилфенилаланина 5j и (S)-N-карбамоилизолейцина 5к протекает также диастереоспецифично с образованием энантиомерно чистых гликольурилов llg,h.

Отсутствие второго диастереомера после выделения соединений 11 с-Ь устанавливалось изучением состава маточных растворов, упаренных досуха, методом !Н ЯМР-спектроскопии, Анализ ПМР спектров остатков говорит о том, что во всех исследованных смесях присутствуют сигналы протонов соответствующих гидантоинов 10 и

н

N-i-OH H2N

ОЧ.Т + >=о

Н30*

г*

8а

"ОН

HN О

м

R ОН

5h. R=CH2CH2SCH3 (S) 5h'. R=ch2ch2SCH3 (R) Sm. R=CH(CH3)2 (S) 5m'. R=CH(CH3k (R) 5). R=CH2Pb (S) 5k. R=CH(C2H5)CH3 (S) Sh". R«CH2CH2SCH3 (RS) sr. R=CH2CH2CH3 (Л5)

~80°C,2 h

„V

N'

OH

11

lie. R=CH2CH2SCH3 (S) lie'. R-CH2CH2SCH3 (R) llf. R=CH(CH3)2 (S) 11Г. R=CH(CH,)2 (R) llg. R=CH2Ph (S) llh. R=CH(C2H5)CH3 (S) lie". R=CH2CH2SCH3 (R.S) 11a". R=CH2CH2CH3 (R.S)

незначительное количество целевых гликольурилов llc-h. Сигналы вторых диастереомеров отсутствовали.

В случае же взаимодействия ДГИ 8я с рацемическими (/?, 5)-Л'-карбамои л-а-аминокислотами 5h",f" ((Д^-Л^-карбамоилметионином, (Л,5)-А^-карбамоилнорвалином) в условиях диастереоспецифичного синтеза образуются рацематы 11с",а" соответственно, представляющие собой смесь энантиомеров с (15,5/?) + (1R, 5 S) конфигурациями в соответствии с (Л)- и (¿^-конфигурациями исходных уреидокислот, что подтверждается методом ПМР.

С целью окончательного подтверждения конфигурации асимметрических атомов С(1) и С(5) в гликольурилах 11с',Г, синтезированных из (R)-N-

рентгенодифракционное исследование.

Найдено, чю атомы углерода С(1) и С(5) в 12 имеют абсолютную конфигурацию -(1S, 5R), что свидетельствует о том, что в 11с' - аналогичная конфигурация мостиковых атомов углерода. Этот факт подтверждает наше предположение о противоположной конфигурации атомов С(1)-С(5) в энантиомерных парах, полученных из (5)- или (R)-N-карбамоил-а-аминокислот.

Таким образом, впервые были разработаны препаративные диастереоспецифичные методы синтеза энантиомеров (\S,SR)- и (\R, 55)-гликольурилов. Методом РСА установлена их абсолютная конфигурация.

3.3. Реакции а,со-диуренлокислот с 4,5-дигндроксиимидазолидип-2-онами.

Использование в циклоконденсации с ДГИ а,ю-диуреидокислот могло бы привести к алкиленбиа ликольурилам Синтез исходных 5п,о был проведен реакцией .озм

были проведены квантово-химические расчеты зарядов на атомах азота этих фрагментов методом М№Ю на примере Л^-карбамоилцитруллина 5п, которые показали, что распределение и величина зарядов на атомах азота а- и со-уреидных фрагментов 5п практически одинаковы и поэтому нельзя о I дать предпочтение ни одному из реакционных центров.

Полученные 5п,о вводили в реакции с эквимольными количествами ДГИ 8а,Ь в условиях, аналогичных проведепию диастереоспецифичных реакций, что привело к образованию гидантоиноалкилгликольурилов 13а,Ь. Для доказательства строения

карбамоил-а-аминокислот, было получено координационное соединение 12 взаимодействием гликольурила 11с' с ацетатом никеля в водном растворе Были выращены монокристаллы кристаллизацией из воды и проведено

(^-лизина и (ф-цитруллина с КОСЫ. С целью оценки реакционной способности а- и со-уреидных фрагментов в а,ш-диуреидокислотах 5п,о

-О 335

полученных 13 нами был проведен встречный синтез соединения 13а. Сначала реакцией (5)-цитруллина с ДГИ 8а в условиях диастереоспецифичного синтеза получили гликольурил 14, который ввели в реакцию с КОСК для формирования а-уреидного фрагмента, но вместо ожидаемой гликольурилуреидокислоты был получен продукт 13а.

Поскольку асимметрический центр в исходных диуреидокислотах достаточно далеко удален от вступающих в циклоконденсацию уреидных фрагментов, можно предположить, что продуктами реакции являются смеси диастереомеров 13. Строение полученных соединений было установлено на основании данных ЯМР 'Н и 13С спектроскопии с применением высокочувствительных инверсионных методик HMQC и НМВС.

Таким образом, нами были найдены условия синтеза гликольурилалкил-а-аминокислоты 14, а также проведена "one-pot" двойная циклизация с образованием ранее неизвестных Лг-гидантоиноалкилгликольурилов 13а, Ь. Кроме того, было показано значительное отличие реакционной способности а- и ш-уреидных фрагментов диуреидокислот по отношению к ДГИ: циклизация а-уреидного фрагмента в гидантоин оказалась более выгодной, чем его взаимодействие с ДГИ, а ©-фрагмент оказался наиболее реакционноспособным по отношению к ДГИ, что привело к образованию гликольурильного фрагмента соединений 13а,Ь.

В основе всех изученных процессов лежит а-уреидоалкилирование уреидокислот, причем в качестве уреидоалкилирующего реагента выступает ДГИ. С целью поиска наиболее устойчивых интермедиатов первой стадии этой реакции были проведены квантово-

ориентацией гидроксильных и уреидных групп относительно плоскости имидазолидинового кольца. Сравнение рассчитанных значений энтальпий образования и полных энергий

лизии nh2

4. Изучение механизма образования эиантиомеров УУ-карбоксиалкилгликольурилов.

химические расчеты возможных интермедиатов В, В1, В2 и В3. В качестве стартовых конфигураций использовались молекулы с трансоидной (В и В2) и цисоидной (В1 и В3)

молекул позволяет заключить, что наиболее устойчивым является интермедиат В с трансконфигурацией заместителей у асимметрических атомов углерода.

сн2соон сн2соон

С целью изучения механизма взаимодействия уреидокислот с ДГИ нами было проведено ПМР-исследование реакции 8а с А'-карбамоилглицином 5а (в качестве модельного соединения) в DMSO-d6 в присутствии CF3COOH как катализатора. ПМР-спектры регистрировались с интервалом времени в 10 мин, при температуре 30-50°С. При температуре 50 °С в ПМР-спектрах появляются новые сигналы протонов незначительной интенсивности: 3.7 м.д. (д, V4 9, СН2), 4.63 м.д. и 4.90 м д (оба д, V6.1,2СН), 5.40 м.д. (д, 3J 5 5, ОН), 6 03 м.д (уш т., 1Н, NH-CH2), 6.53 м.д. (уш. с, 1Н, NH-CH), и 7.11 м.д. (уш.с., 2Н, 2NH„Mlla), которые могут быть огнесены к интермедиату В. По мере выдерживания реакционной массы при 50 "С интенсивность новых сигналов возрастает, причем через 1ч появляются сигналы (с небольшой интенсивностью) конечного гликольурила 9а, которые к концу 7-го часа становятся преобладающими. На основании литературных, расчетных данных и проведенного эксперимента был предложен вероятный механизм реакции.

н он

„J?0", "•».»«-,•„ s?»' 0

7-

.....~ jl® ТЧ>он

о йНП0Жо й J й -^^Х^0

йдаон НгО-и- Ц

Й2&ОН н* -нго

оЧ Т <К 1

Й^Гон -н* " 'н*

ва" А" В" С" 9а" ОН

Опираясь на описанный в литературе гипотетический механизм а-уреидоалкилирования различных нуклеофилов а-гидроксиалкилмочевинами можно предположить, что в нашем случае реакция проходит через энантиомерные карбониевые ионы А', А" с образованием интермедиатов В', В", которые циклизуются в энантиомеры 9а' и 9а" гликольурила 9а через вторые карбониевые ионы С', С".

5. Изучение химических свойств полученных соединений. Изучение химических свойств Л-карбоксиалкилгликольурилов по карбоксильной и по МН-группам проводили на примере 9а Кроме того, были исследованы его способность к комплексообразованию с солями меди и никеля и склонность к гидролизу.

5.1. Изучение реакционной способности карбоксильной группы в 2-[(1Д*,55*)-(3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазобицикло[3.3.0]окт-2-ил)]уксусной кислоте (9а).

С целью выяснения влияния гликольурильного фрагмента на свойства карбоксильной группы в ЛГ-карбоксиметилгликольуриле 9а изучены его реакции с аминами, спиртами и восстановительными реагентами.

Получение амидов 15а-Ь проводили с использованием 1,1'-карбонилдиимидазола, как конденсирующего агента, в среде безводного ДМФА. Этерификация 9а метанолом происходила под действием тионилхлорида и эфир 16 был получен с 90%-ым выходом. Восстановление карбоксильной группы в 16 до спиртовой осуществляли боргидридом натрия в водно-спиртовой среде, что привело к спирту 17. Метиловый эфир 16 легко реагировал с гидразин гидратом, давая соответствующий гидразид 18 с количественным выходом. Гидразид 18 взаимодействовал с ароматическими альдегидами в ледяной уксусной кислоте с образованием гидразонов 19а-<!. Для получения амина 20 осуществляли превращение гидразида 18 в азид 151, который вступал в реакцию Курциуса, что привело к амину 20 (в виде гидрохлорида) с выходом -30%.

5.2. Изучение комплексообразования iV-карбоксиалкилгликольурилов с солями

Известно, что в координационных соединениях М-алкилгликольурилов координация с металлом, в основном, осуществляется с участием СО-групп В литературе не имеется сведений о комплексообразующих свойствах Л^-карбоксиалкилгликольурилов. Изучение их комплексообразования проводили на примере соединений 9af с солями меди.

Координационное соединение никеля 12 было получено для подгверждения абсолютной конфигурации лиганда 11с' и рассматривалось нами в разделе 3.2 (стр 14).

Известно, что Си(П) склонна к координации с 4 или 6 донорными атомами, образуя комплексы с плоско-квардратным или октаэдрическим расположением лигандов. Взаимодействие А/-карбоксиалки лгликольурилов 9а,Г с солями меди в воде привело к образованию координационных соединений 21а,Ь, для которых были выращены крисоллы путем кристаллизации из воды и проведено их рентгенодифракционное исследование. Было показано, что полученные соединения 21а, 21Ь являются рацематами и имеют различное строение. Комплекс 21а имеет плоскоквадратное строение и включает два лшанда на один катион Си(П), в то время, как в координационном соединении 21Ь выявлена дополнительная координация карбонильных групп еще двух лигандов по катиону меди, и поэтому геометрия координационного центра близка к октаэдричсскому.

NH-Группа в гликольурилах, являясь мочевинной, обладает пониженной нуклеофильностью, однако, как было показано в разделе 1.1., гликольурилы легко вступают в реакцию с формальдегидом в щелочной среде. Аналогичные реакции N-карбоксиалкилгликольурилов ранее не исследовались.

Взаимодействием формальдегида с гликольурилами 9e-h в условиях как кислотного, так и основного катализа (в течение 1,5ч при 80-90 °С) приводит к соответствующим метиленбисгликольурилам 22а-с А'-Карбоксиалкилгликольурил 9е вступает в

металлов.

О

5.3. Реакции iV-карбоксиалкилгликольурилов с участием NH-групны.

трехкомпонентную реакцию с диэтиламином и формальдегидом с образованием основания Манниха 23. Попытка метилирования Л'-карбоксиалкилгликольурила 9е диметилсульфатом в щелочной среде (по аналогии с алкилгликольурилами) не привела к образованию искомого ,У-метильного производного 24 — из реакционной массы был выделен исходный 9е.

Таким образом, химические свойства карбоксильной и №1-групп изученных соединений в классических реакциях для этих групп близки к таковым в карбоновых кислотах и гликольурилах и могут быть использованы для химических трансформаций энантиомерных гликольурилов.

Первым шагом к изучению механизма действия гликольурилов в организме является исследование их гидролитических свойств. Известно, что Лг-алкилгликольурилы достаточно устойчивы к кислотному гидролизу. В настоящей работе изучена способность 2-[(1Л*,55*)-(2,8-димегил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазобицикло[3.3 0]окт-2-ил)]уксусной кислоты (91) и 3-[8Ь,8с-бутано-6-(2-карбоксиэтил)-4,8-диоксотетрагидро-2,За,4а,6,7а,8а-гексаазациклопента-[¿/¿/|флуорен-2-ил]пропионовой кислоты (1ДО к гидролитическому распаду При нагревании растворов М в концентрированной соляной кислоте и 1} в воде время полного гидролитического распада составило 16 и 8 часов соответственно. Скорость процесса и качественный состав гидролизатов изучены методом ПМР-спектроскопии упаренных досуха аликвот, отобранных с часовыми интервалами. Основные продукты гидролиза — гидантоин 10а и 1,3-диметилгидантоин 10Ь, что говорит о том, что гидролитический разрыв связей происходи! преимущественно по связи С-Ы в положениях 1-2 и 4-5. Аналогично, для соединения 1] основные продукты гидролиза идентифицированы как незамещенный 1,5-бутаногликольурил ЗЬ и Р-А1а. В процессе распада 1$ выделяется формальдегид. Таким образом, 11 и, особенно, 9f достаточно устойчивы к кислотному гидролизу.

рн но

О

Е1

23

6. Исследование гидролиза гликольурилов 91 и 1].

7. Биологическая активность TV-карбоксиалкилгликольурилов

Известно, что гликольурилы обладают широким спектром биологической активности. Поэтому синтезированные соединения lk, 4с, 9а, 9с, 9е, 9h и 11с' были переданы для проведения биологических испытаний в Институт Технической Химии УрО РАН и Естественнонаучный Институт при Пермском Государственном Университете. Бактерицидную активность исследовали на штаммах условно-патогенных культур Е coli и St aureus по методу двукратных серийных разведений (Т.Н. Першин). 1,5-Бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметилгликольурил (4с) проявил слабую бактерицидную и ингибирующую активность (МИК* Е coli 1000,0; МИК St. aureus 500,0; МБК~ St. aureus 1000,0).

№ vi № r1 \ н n-___ n"^ n / \ r1 r2 НЕИРОТРОПНАЯ АКТИВНОСТЬ (на беспородных белых мышах-самцах; внутрибрюшинный способ введения, тесты «приподнятый крестообразный лабиринт», «открытое поле», гипоксия с гиперкапнией в герметичных колбах) Токсичность

DLso мг/кг

R Кг

2 9а Н СН2СООН седативная -2240

3 9с Н (СН2)3СООН нейропротекторнаяи иоотропиая >3000

4 9h Me (СН2)3СООН седативная и антигиноксическая >7000

5 9е Н CH2C(0)NHCH2C00H седативная >3000

6 11с' Н (Ä)-CH(COOH)(CH2)2SCH3 седативная (в приподнятом крестообразном лабиринте) >3000

7 lk анксиолитическая >3000

Острая токсичное 1ь представленных соединений была определена по экспресс-методу В.Б. Прозоровского (1978). По классификации К.К. Сидорова (1973) соединения 11с, 9с, 9е,9Ь и 11с' относятся к классу относительно безвредных веществ (6 класс). Соединение 9а относится к классу практически нетоксичных веществ (5 класс).

Исследования нейротропной активности соединений 9а и 9е показали достоверное снижение исследовательской активности мышей на модели «крестообразный лабиринт» Соединение 1к проявляет анксиолитическую и нейротпротекторную активность в дозе 100 мг/кг. Гликольурилы 1к и 11с' угнетали двигательную активность мышей, но только в приподнятом крестообразном лабиринте. Соединение 11с' не оказало положительного влияния на течение гипоксии.

Интересные нейротропные эффекты наблюдались у гликольурилов 9с и 9Ь. Соединение 9с в дозах около 100 мг/кг не оказывает влияния на психоэмоциональные характеристики животных, но проявляет нейропротекторный эффект при гипоксических состояниях. В дозах 250-500 мг/кг оно проявляет себя как анксиолитик с седативным действием,

' минимальная ингибирующая концентрация, мкг/мл " минимальная бактерицидная концентрация, мкг/мл

20

однако вместе с этим положительно влияет на кратковременную память. Соединение 9с обладает антигипоксическими свойствами (Е05о=1825 (1332-2500) мг/кг).

Соединение 9Ь обладает выраженным седативным эффектом, антигипоксический эффект отчетливо проявился в дозе 2,5 г/кг. В дозе 1,0 г/кг наблюдалась тенденция к антигипоксическому эффекту. Соединение 1к проявляет анксиолитическую активность.

Таким образом, проведенные биологические испытания показали, что изученные соединения относительно безвредны или практически нетоксичны. Производные гликольурилов, полученные с использованием как у-аминомасляной кислоты, так и Ы-карбамоил-у-аминомасляной кислоты, являются наиболее перспективными соединениями.

В целом, работа вносит вклад в развитие химии гликольурилов и позволяет развить новый раздел стереохимии - стереохимию гликольурилов.

8. Выводы

1. Впервые разработан метод получения оптически чистых тетра- и пентациклических производных гликольурилов реакцией (£)-а-аминокислот с ахиральными 2,4,6,8-тетрагидроксиметил- и с 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметилгликольурилами.

2. Обнаружена высокая диастереоселективность циклоконденсации 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с энантиомерно чистыми (Л)- или (ф-ЛГ-карбамоил-а-аминокислотами, приводящей к Л^-(а-карбоксиалкил)гликольурилам, и впервые разработаны условия диастереоспецифичного осуществления этого процесса с препаративными выходами. Использование Л^-карбамоил-а-аминокислот противоположной конфигурации позволяет направленно синтезировать энантиомеры гликольурилов с заданными конфигурациями мостиковых атомов углерода бицикла — (1.5,5./?) — при применении (Я)-Ы-карбамоил-а-амннокислот и (1Л.55) - из (5)-Л^-карбамоил-а-аминокислот

3. Проведено систематическое изучение взаимодействия 1,3-Нг, 1,3-Ме2- и 1,3-Е12-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с ахиральными уреидокислотами и показано, что выходы Л'-карбоксиалкилгликольурилов зависят от продолжительности реакции, характера замещения у атомов азота 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-она, а также длины алкильной цепи в уреидокислотах, и найдены оптимальные условия получения соответствующих Л'-карбоксиалкилгликольурилов. Обнаружен новый конгломерат в ряду гликольурилов - 4-(6,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)масляная кислота и выделены ее индивидуальные энантиомеры.

4. Предложен механизм образования энантиомеров Л'-карбоксиалкилгликольурилов в реакции //-карбамоилглицина с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-оном.

5. Выявлена различная реакционная способность а- и ш-уреидных фрагментов в реакции 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с а,ш-диуреидокислотами: <о-уреидный фрагмент участвует в бициклообразовании, а а-уреидный фрагмент циклизуется в имидазолидиноновый цикл, что позволило осуществить «one-pot» двойную циклизацию с образованием неизвестных ранее jV-гидантоиноалкилгликольурилов.

6. Разработан общий препаративный метод получения .V-карбамоил-а-аминокислот.

7. Изучены наиболее характерные химические свойства карбоксильной и NH-rpynn 2-карбоксиалкилгликольурилов и разработаны методики получения новых функционализированных производных гликольурилов.

8. Оценена устойчивость 2-[(1Л*,55*)-(2,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазобицикло[3 3.0]окт-2-ил)]уксусной кислоты и 3-[86,8с-бутано-6-(2-карбоксиэтил)-4,8-диоксотетрагидро-2,Зо,,4а,6,7а,8й-гексаазациклопента[&/1флуорен-2-ил]1трог1ионовой кислоты к гидролизу. Установлено, что под действием кислоты при нагревании первое соединение, а второе - в воде разлагаются до исходных соединений и продуктов их перегруппировки. Предложен вероятный механизм этого процесса.

9. Проведено исследование биологической активности ряда синтезированных соединений и выявлено, что испытанные вещества являются относительно безвредными или практически нетоксичными и проявляют антигипоксическую, анксиолитическую и дозозависимую нейротропную активность.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. AN. Kravchenko, K.Yu. Chcgaev, I.E. Chikunov, P.A. Belyakov, E.Yu Maksareva, K.A. Lyssenko, O.V. Lebedev, N.N. Makhova, «Highly diastereoselective synthesis of 2-monosubstituted 1/?,55(l.S,57?)-glycoluriles on the basis of S- and й-jV-carbamoyl-a-amino acids», Mendeleev Commun , 2003, 6, 269

2. K.A. Lyssenko, D.G. Golovanov, A.N. Kravchenko, I.E. Chikunov, O.V. Lebedev, N.N. Makhova, «New conglomerate in glycoluriles series», Mendeleev Commun, 2004, 105

3. I.E. Chikunov, A.N. Kravchenko, P.A. Belyakov, K.A. Lyssenko, V.V. Baranov, O.V Lebedev, N.N. Makhova, «Synthesis of 1S,5R- and 1 R,5S- glycoluriles by diastereospecific a-ureidoalkylation of S'(^)-iV-carbamoyl-a-amino acids with the 4,5-dihydroxyimidazolidin-2-one», Mendeleev Commun , 2004,253.

4. I.E Chikunov, A.N. Kravchenko, P.A. Belyakov, OV. Lebedev, NN. Makhova «The synthesis of (5)-7V-hydantoinoalkylglycoluriles by one-pot double cyclisation of chiral a,co-diureido acids under the action of 4,5-dihydroxyimidazolodin-2-ones», Mendeleev Commun , 2005, 2 67

5. А.Н. Кравченко, К.А. Лысенко, А.С. Сигачев, И.Е. Чикунов, ПА Беляков, М.М Ильин, В.В. Баранов, Б.В. Ложкин, ЮВ Нелюбина. В.А. Даванков, О.В. Лебедев, Т.С. Пивина, Н.Н. Махова, В А Тартаковский, М Ю. Антипин, "4,5-Дигидроксиимидазолидин-2-оны в реакции а-уреидоалкилирования jV-карбокси- и N-гидроксиалкилмочевин.", Изв. Акад Наук, Серия химическая, 2005 (в печати)

6. И.Е. Чикунов, А.Н. Кравченко, «Новые аспекты взаимодействия (.УЬУ-карбамоил-а-аминвкислот с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-оном.»., Тез. докп VII Молодежной Научной конференции по органической химии «Актуальные проблемы органической химии», Екатеринбург, 2004, 174

7. И.Е. Чикунов, В.В. Баранов, А.Н. Кравченко, К.А. Лысенко, "Исследование способности комплексообразования iV-карбоксиалкил-замещенных гликольурилов.", Тез. докп VII Молодежной Научной конференции по органической химии «Актуальные проблемы органической химии», Екатеринбург, 2004,173

8. И.Е. Чикунов, А.Н Кравченко, «Новое направление взаимодействия N-карбамоиламинокислот с глиоксалем», Тез докл VI Молодежной Научной конференции по органической химии «Актуальные проблемы органической химии», Новосибирск, 2003, Д54, (http://www. nioch. nsc.ru/school/03/file/54.pdf)

9. А.Н. Кравченко, К.Ю Чегаев, И Е Чикунов, П.А Беляков, К.А. Лысенко, О В. Лебедев, Н.Н. Махова, «Первые диастереоселективные реакции получения гликольурилов», Тез. докл XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 2003, Казань, 253

10. L.V. Anikina, Yu.V. Shklyaev, I.E. Chikunov, A.N. Kravchenko "Isoquinoline and glycoluril derivatives as pharmacological agents for practical medicine", Abstracts book of 7th International seminar "Scientific Advancees in Chemistry Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Forces", Ekaterinburg, 2004,118

11. Yu.V. Vicharev, L.V. Anikina, I.E. Chikunov, Yu.V. Shklyaev, A.N. Kravchenko."Neuroprotector effects of mebicarum derivatives", Abstracts book of 7th International seminar "Scientific Advancees in Chemistry Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Forces", Ekaterinburg, 2004, 129

12. N.N. Makhova, A.N. Kravchenko, I.E. Chikunov A.V, Shevtsov, V.Yu. Petukhova, A S Sigachev, ON. Lebedev, G.A. Gazieva, "The development of New approaches to the preparation of enantiomcrically pure bicyclic bis-ureas and diaziridines—New classes of neurotropic compounds", Abstracts book of 7й International seminar "Scientific Advancees in Chemistry Heterocycles, Catalysis and Polymers as Driving Forces", Ekaterinburg, 2004,48.

13. НН. Махова, А.Н. Кравченко, И.Е. Чикунов, А.С Сигачев, В Ю. Петухова, A.B. Шевцов, Т.В. Скрупская, О.В. Лебедев, "Диастереоселективный синтез энантиомерно чистых бициклических бис-мочевин и диазиридинов-потенциальных психотропных лекарственных средств", Тез доте «Фундаментальные науки-медицине», Москва, "Слово", 2004,181

14. И Е. Чикунов, А.Н. Кравченко «Свойства iV-карбоксиалкилгликольурилов», Тез. дохл I Молодежной конференции ИОХРАН, Москва, 2005,132

15. ИЕ. Чикунов, А.Н. Кравченко, «Реакции ¿V-карбоксиалкилгликольурилов с участием NH-группы», Тез докл I Молодежной конференции ИОХ РАН, Москва, 2005,134.

Принято к исполнению 13/05/2005 Исполнено 14/05/2005

Заказ № 858 Тираж: 100 экз

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095) 747-64-70 www.autoreferat ru

HS-89 49

РНБ Русский фонд

2006-4 4374

Введение

2. Литературный обзоор

2.1. Синтез полициклических производных гликольурилов, содержащих М-карбоксиалкильные заместители.

2.2. Синтез А^-карбоксиалкилгликольурилов.

2.3. Синтез уреидокислот.

2.3.1. «Цианатный» метод синтеза уреидокислот.

2.3.2. «Мочевинный» метод получения уреидокислот.

2.3.3. Расщепление гидантоинов.

2.3.4. Другие методы получения уреидокислот.

2.4. Химические превращения уреидокислот.

3. Обсуждение результатов

3.1. Синтез оптически чистых циклических производных гликольурилов реакцией (5)-а-амннокислот с 2,8-ди- и 2,4.6,8-тетрагидроксиметилгликольурилами.

3.2. Разработка методов синтеза рацемических Л^-моно- и ¿ЧЛГ-дикарбоксиалкил-гликольурилов и поиск в их ряду конгломератов

3.2.1. Исследование взаимодействия глиоксаля с ахиральными ¿У-карбамоиламинокислотами.

3.2.2. Поиск оптимальных условий синтеза рацемических Д-карбоксиалкилгликольурилов

3.2.3. Изучение взаимодействия ДГИ с А^'-дикарбоксиалкилмочевинами

3.2.4. Синтез 6(8)-замещенных 2-карбоксиалкилгликольурилов

3.2.5. Поиск конгломератов в ряду Д-карбоксиалкилгликольурилов

3.2.6. Энантиомерный анализ Д'-карбоксиалкилгликольурилов с помощью ВЭЖХ на хиральных фазах.

3.3. Разработка диастереоселективного и диастереоспецифичного синтеза Л'-карбокаиики.м.школьурилои.

3.3.1. Разработка общего метода синтеза уреидокислот

3.3.2. Диастереоселективный синтез А^-карбоксиалкилгликольурилов.

3.3.3. Диастереоспецифичный синтез /У-карбоксиалкилгликольурилов

3.4. Реакции а,со-диуреидокислот с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онами

3.5. Изучение механизма образования энантиомеров /У-карбоксиалкилгликольурилов

3.6. Изучение химических свойств полученных соединений

3.6.1. Изучение реакционной способности карбоксильной группы в 2-[(1Л*,55'*)-(3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)]уксусной кислоте (9а).

3.6.2. Изучение комплексообразования ЛГ-карбоксиалкилгликольурилов с солями металлов.

3.6.3. Реакции //-карбоксиалкилгликольурилов с участием ИН-группы.

3.6.4. Гидролиз гликольурилов и 1]

3.7. Биологическая активность //-карбоксиалкилгликольурилов

4. Экспериментальная часть

5. Выводы

Известно. что многие лекарственные средства являются рацемическими, причем активным, как правило, оказывается только один из энантиомеров. Проблема получения энантиомерно чистых биологически активных соединений остается одной из важнейших задач органической и медицинской химии. В 70-х годах прошлого века в лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН был выявлен новый класс психотропных соединений -бициклические бисмочевины октанового ряда. В частности, мебикар (2,4,6,8-тетраметил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-дион — или тетраметилгликольурил*) широко известен как дневной транквилизатор, обладающий ноотропным и антигипоксическим эффектами. Биологические испытания других М-алкилгликольурилов, большинство из которых хиральны, проводилось на рацематах, так как соединения такого типа химически инертны и разделение их на энантиомеры классическими методами, например, кинетическим разделением, связано с определенными трудностями. Первые представители энантиомерно чистых 2,8-диалкилгликольурилов были получены с использованием спонтанной кристаллизации (кристаллизации в виде смеси отдельных гомохиральных кристаллов — конгломератов). До начала настоящей работы не найдено других подходов к разделению рацемических и синтезу энантиомерно чистых гликольурилов. Поэтому разработка методологии получения новых энантиомерно чистых производных гликольурилов является актуальной задачей.

Целью работы является разработка новых подходов к синтезу энантиомерно чистых производных гликольурилов на основе аминокислот и их производных.

В связи с этим в работе предусматривалось решение следующих основных задач:

1. Разработка методов получения оптически чистых полициклических производных гликольурилов введением энантиомерно чистых фрагментов в ахиральные молекулы гликольурилов.

2. Синтез рацемических производных гликольурилов, содержащих Л'-карбокси-алкильные заместители, и поиск в этом ряду структур, способных кристаллизоваться как конгломераты, а также их энантиомерный анализ методом ВЭЖХ на хиральных фазах.

3. Разработка методов диастереоселективного и диастереоспецифичного синтеза ¿V-карбоксиалкилгликольурилов с заданными конфигурациями асимметрических центров с использованием оптически чистых предшественников.

Производные 2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октандионов имеют тривиальное наиболее употребляемое в литературе название гликольурилы, которое мы будем использовать в дальнейшем при изложении материала

4. Изучение химических превращений полученных соединений для расширения круга фуикмионали'шроианнмх производных глнкольурндон.

В результате проведенных исследований впервые разработан метод получения оптически чистых тетра- и пентациклических производных гликольурилов реакцией (S)-a-аминокислот с ахиральными 2,4,6,8-тетрагидроксиметил- и с 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметилгликольурилами.

Обнаружена высокая диастереоселективность циклоконденсации 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с энантиомерно чистыми (R)- или (S)-N-Kap6aMomi-a-аминокислотами, приводящей к Н-(а-карбоксиалкил)гликольурилам, и впервые разработаны условия диастереоспецифичного осуществления этого процесса с препаративными выходами. Использование N-карбамоил-а-аминокислот противоположной конфигурации позволяет направленно синтезировать энантиомеры гликольурилов с заданными конфигурациями мостиковых атомов углерода бицикла — (1S.5R) — при применении (R)-N-карбамоил-а-аминокислот и (1R,5S) - из (З)-Ы-карбамоил-а-аминокислот.

Проведено систематическое изучение взаимодействия 1.3-Н2-, 1,3-Ме2- и l,3-Et2-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с ахиральными уреидокислотами и показано, что выходы N-карбоксиалкилгликольурилов зависят от продолжительности реакции, характера замещения у атомов азота 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-она, а также длины алкильной цепи в уреидокислотах, и найдены оптимальные условия получения соответствующих N-карбоксиалкилгликольурилов. Обнаружен новый конгломерат в ряду гликольурилов - 4-(6,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,б,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)масляная кислота и выделены ее индивидуальные энантиомеры.

Предложен механизм образования энантиомеров N-карбоксиалкилгликольурилов в реакции N-карбамоилглицина с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-оном.

Выявлена различная реакционная способность а- и со-уреидных фрагментов в реакции 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с а,ш-диуреидокислотами: ш-уреидный фрагмент участвует в бициклообразовании, а a-уреидный фрагмент циклизуется в имидазолидиноновый цикл, что позволило осуществить «one-pot» двойную циклизацию с образованием неизвестных ранее N-гидантоиноалкилгликольурилов.

Разработан общий препаративный метод получения N-карбамоил-а-аминокислот.

Изучены наиболее характерные химические свойства карбоксильной и NH-rpynn 2-карбоксиалкилгликольурилов и разработаны методики получения новых функционализированных производных гликольурилов.

Оценена устойчивость 2-[(1Л^55*)-(2,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8тсгра;по5м11икло[3.3.0|окг-2-ил)]ук-сусиоГ[ кислоты и 3-[8Л.8с--бу^гапо-бЧЗ-ксфбокси л нл)-4,8-диоксотетрагидро-2,За,4а,6,7а,8а-гексаазациклопента[с/-гУ]флуорен-2-ил]пропионовой кислоты к гидролизу. Установлено, что под действием кислоты при нагревании первое соединение, а второе - в воде разлагаются до исходных соединений и продуктов их перегруппировки. Предложен вероятный механизм этого процесса.

Проведено исследование биологической активности ряда синтезированных соединений и выявлено, что испытанные вещества являются относительно безвредными или практически нетоксичными и проявляют антигипоксическую, анксиолитическую и дозозависимую нейротропную активность.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы по методам получения производных гликольурилов, содержащих //-карбоксиалкильные группы, и синтезу и химическим превращениям уреидокислот, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и приложения.

5. Выводы

1. Впервые разработан метод получения оптически чистых тетра- и пентациклических производных гликольурилов реакцией (5)-а-аминокислот с ахиральными 2,4,6,8-тетрагидроксиметилгликольурилами и с 1,5-бутано-2,4,6,8-тетрагидроксиметил-гликольурилами.

2. Обнаружена высокая диастереоселективность циклоконденсации 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с энантиомерно чистыми (R)- или (5)-Лг-карбамоил-а-аминокислотами, приводящая к Лг-(а-карбоксиалкил)гликольурилам, и впервые разработаны условия диастереоспецифичного осуществления этого процесса с препаративными выходами. Использование //-карбамоил-а-аминокислот противоположной конфигурации позволяет направленно синтезировать энантиомеры гликольурилов с заданными конфигурациями мостиковых атомов углерода бицикла — (1 S.5R) — при применении (R)-N-карбамоил-а-аминокислот и (1/?, 55) - из (S)-N-карбамоил-а-аминокислот.

3. Проведено систематическое изучение взаимодействия 1,3-Нг-, 1.3-Ме2- и l,3-Et2-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с ахиральными уреидокислотами и показано, что выходы //-карбоксиалкилгликольурилов зависят от продолжительности реакции, характера замещения у атомов азота 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-она, а также длины алкильной цепи в уреидокислотах и найдены оптимальные условия получения соответствующих jV-карбоксиалкилгликольурилов. Обнаружен новый конгломерат в ряду гликольурилов - 4-(6,8-диметил-3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3,0]окт-2-ил)масляная кислота и выделены ее индивидуальные энантиомеры.

4. Предложен механизм образования энантиомеров //-карбоксиалкилгликольурилов в реакции //-карбамоилглицина с 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-оном

5. Выявлена различная реакционная способность а- и ш-уреидных фрагментов в реакции 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-онов с а,со-диуреи до кислотами: ш-уреидный фрагмент участвует в бициклообразовании, а а-уреидный фрагмент циклизуется в имидазолидиноновый цикл, что позволило осуществить «one-pot» двойную циклизацию с образованием неизвестных ранее N-гидантоиноалкилгликольурилов.

6. Разработан общий препаративный метод получения //-карбамоил-а-аминокислот.

7. Изучены наиболее характерные химические свойства карбоксильной и NH-rpynn 2-карбоксиал кил гликольурилов и разработаны методики получения новых функционализированных производных гликольурилов.

8. Оценена устойчивость 2-[(1Л*,55*)-(2,8-диметил-3,7-диоксо-2,4.6,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)]уксусной кислоты и 3-[86,8с-бутано-6-(2-карбоксиэтил)-4,8-диоксотетрагш1ро-2,За,4сг,б,7а,8а-гексаазациклопента-[£/е/]-флуорен-2-ил]пропионовой кислоты к гидролизу. Установлено, что под действием кислоты при нагревании первое соединение, а второе - в воде разлагаются до исходных соединений и продуктов их перегруппировки. Предложен вероятный механизм этого процесса.

9. Проведено исследование биологической активности ряда синтезированных соединений и выявлено, что испытанные вещества являются относительно безвредными или практически нетоксичными и проявляют антигипоксическую, анксиолитическую и дозозависимую нейротропную активность.

1. Е.А. Устинова, О.В. Челышева, "О широких (родовых) формулах на химические соединения в зарубежной и отечественной практике", Пат. инф. 1995. Вып. 3,45

2. Герм. пат. 36438924; Chem. Abstr.t 109,232138

3. Фр. Пат. 2291203; Chem. Abstr., 86, 121377

4. Герм. пат. 3643889; Chem. Abstr., 110,96537

5. О.В.Челышева, Патенты на химические соединения: объем прав и их нарушение, Москва, "ИНФРА-М", 1996

6. Пат. США 6441055; Chem. Abstr., 132, 116807

7. F. В. Slezak, Т. A. Magee, J. Н. Wotiz, "Preparation of Substituted Glycoluriles and Their //-Chlorinated Derivatives", J. Org. Chem., 1962,27,2181

8. K. Yu. Chegaev. A. N. Kravchenko, О. V. Lebedev, Y. A. Strelenko, "New functional glycoluril derivatives", Mendeleev Commun., 2001,32.

9. И. К. Е. Pry о г, J. Jr. Rebek, "Multifunctionalized Glycolurils", Org. Lett., 1999, 1,39

10. Kang, Jongmin; Jo, Jee-hye; In, Sungjae; "Carboxylate anion selective receptor with glycoluril molecular scaffold", Tetrahedron Lett., 2004,45,5225

11. А.А.Бакибаев. Успехи химии в создании новых биологически активных соединений. Томский политехнический университет, Томск, 1998, 67.

12. Duan, Chengli; Li, Cuizhen "Two examples of rapid organic synthetic reactions". Huaxue Tongbao, 1995, (8), 32. in Chinese; Chem. Abstr. 123,338674:

13. Все цитируемые патенты находятся в свободном доступе на сайте European Patent Office http://ep.espacenet.com

14. J. Nematollahi, R. Ketcham, "Imidazoimidazoles. I. The Reaction of Ureas With Glyoxal. Tetrahydroimidazo4,5-i/.irnidazole-2,5-diones", J. Org. Chem, 1963,28,2378

15. С.С.Новиков, Л.И.Хмельницкий, О.ВЛебедев, Л.И.Суворова, Л.ВЛапшина и др. Авт. свидет. 366709 С 07 с 127(00). Бюлл.изоб., 1978,15.

16. М.J.Bruce, A.R.Butler, K.V.Russell. "Formation of N-carbamoylaspartic acid and its cyclisation to orotic acid", J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2,1994,2,319

17. Т.В.Головко, В.А.Паршин, В.В.Аснина, Е.Ф.Кулешова. О.С.Анисимова, Г.А.Богданова, В.Г.Граник."Ноотропная активность уреидокислот и производных тиогидантоина".Хим.-фарм. журн., 1990.24(4), 32.

18. G.Kuchler, D.Rabier, F.Poggi-Travert, D.Meyer-Gast, J.Bardet, V.Drouin, M.Cadoudal, J.Saudubray. J. Inherited Metab. Dis., 1996,19(2), 220

19. S. Theis, B. Hartrodt,; G. Kottra,; K. Neubert,; H. Daniel,; "Defining minimal structural features in substrates of the H+/peptide cotransporter PEPT2 using novel amino acid and dipeptide derivatives", Mol.Pharmacol., 2002,612,14

20. Г.Л. Левит, Л.Б. Радина, В.Ф. Гопко, Н.М. Перетолчина, Хим.-фарм. журн., 1996; 30,7

21. С. Harries, М. Weiss, "Ueber das Hydantoin und Isomerien bei den Methylhidantoi'n", Liebigs Ann. Chem., 1903,355.

22. F.Wohler. Poggendorff s Ann. Phys. Chem., 1828, 12,253

23. V.Stella, T.Higuchi, "Kinetics of the acid-catalyzed closure of hydantoic acids. Effect of 2-aryl and 2-alkyl substituents", J. Org. Chem., 1973,38,1527.

24. В.Ф. Гопко, Н.Д. Шустова, Г.М. Аношин, Т.Э. Зубова, Л.Б. Радин, "Синтез и исследования а-нитрозоуреидокислот с потенциальной противоопухолевой активностью". Хим. Форм. Ж. 12(5), 1978. 53

25. Яп. Пат. 58105954; Chem. Abstr., 99, 195405

26. F. Lippich, "Über analitische Anwendungen der Uramidosäurereaktion", Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem., 1914,90,124.

27. E. Baumann; F. Hoppe-Seyler;" Uber Methyl-hydantoinsäure", Chem. Ber.t 7,1874,34

28. T.l. Davis; K.C. Blanchard; "The Urea dearomgement. II.'V. -Am. Chem. Soc., 1923,45, 1816

29. A. Baeyer; "Ubersuchungen über die Harnsäure-gruppe'V^to Liebigs Ann. Chem.\ 130; 1864; 129.

30. Yokozeki, Kenzo. Kubota, Koji; Agric.Biol.Chem., 1987,51,721

31. H. Weidel, E. Roithner, "Über den Abbau einiger Säureamide", Monatsh.Chem., 1896, 17,182

32. V. Rachina, I. Blagoeva, "A Convenient Preparation of ß-Amino Acids by Alkaline Hydrolysis of Dihydrouracils", 1982; 11; 967

33. P. Chevalier, D. Roy, A. Morin, "Hydantoinase activity of immobilized non-growing Pseudomonas putida cells", Appl. Microbiol. Biotechnol., 1989,30,482

34. T. Wakamiya, Y. Kobayashi, T. Shiba, K. Setogawa, H. Matsutani, "Isolations and structures of new ureido amino acids, lividine and grateloupine, from red algae Ograteloupia c. agardh genus", Tetrahedron, 1984,40,235.

35. Англ. пат. 913713; Chem.Abstr. 58.12428.

36. Кит. пат. 380716; 1964; Chem.Abstr. 62, 16069f

37. А.Г. Печенкин, A.B. Евсеева, А.П. Гилев, Т.В. Михайлова, "Синтез и исследование некоторых уреидокислот и их производных", Изв. Томск. Политех. Инст.,. 1974, 233,73

38. V.E. Marquez, J.A. Kelley, J.S. Driscoll, "1,3-Diazepinones. 2. The correct structure of squamolone as l-carbamoyl-2-pyrrolidinone and synthesis of authentic perhydro-1,3-diazepine-2,4-dione"s J.Org.Chem.\ 1980; 45; 5308

39. A. Brandner, "Synthese von 2,4-Dioxohexahydro-l,3-diazepinen", Synthesis; 1982; 11; 973

40. L.E. Schniepp; C.S. Marvel; "Some Reactions of 5-Aminovaleric Acid and its Derivatives", J. Am. Chem. Soc.\51; 1935; 1557

41. H.D. Dakin; "The Constitution of Allantoin and Allied Sustances", J.Chem.Soc. 1915; 107,439

42. J. Viret, J. Gabard, A. Collet. "Practical synthesis of optically active a-hydrazino acids from a-amino acids", Tetrahedron, 1987,43, 891

43. A. Rousset, M. Lasperas, J. Taillades, A. Commeyras, "Systemes de Strecker et apparentes—XI : Formation et stabilité de l'a-carboxyaminonitrile.Intermédiaire essentiel dans la synthèse des hydantoïnes selon bucherer-bergs", Tetrahedron; 36; 1980; 2649

44. Yamashiro, Akihiro; Kubota, Koji; Yokozeki, Kenzo; Agric.BiolChem., 1988; 52,2857

45. A. Morin, A. Lafond, "Continuous production of N-carbamyl-D-alanine by Peptococcus anaerobius adsorbed on activated charcoal", Biotechnology Letters, 1992,14, 117

46. T. Ishikawa, Y. Mukohara, К. Watabe, Sh. Kobayashi, H. Nakamura. "Microbial Convertion of DL-5-substituted D-Hydanyoins to the Corresponding L-Amino-acids by Bacillus-Stearothermophilus NS1122A", Biosci. Biotechnol. Biochem., 1994, 58,265

47. O. Keil, M. P. Schneider, J. P. Rasor, "New hydantoinases from thermophilic microorganisms — Synthesis of enantiomerically pure D-amino acids", Tetrahedron: Asymmetry, 1995; 6,1257

48. A.G. Gornall; A. Hunter; "The behavior of some uramid-acids in the nitrous acid method for the determination of amino-nitrogen", Biochem. J., 1940,34, 192

49. Яп. пат. 63071196; Chem. Abstr., 109,91276

50. W.G. Boyd, "The isolation of amino-acids in the form of the corresponding carbamido-acids and hydantoins. I. The derivatives of the mono-amino-mono-carboxyloc acids", Biochem. J., 1933,27,1838

51. Герм. Пат. 1518734; Chem. Abstr., 79,137500

52. Яп. пат. 49048534; Chem. Abstr., 83,10868

53. Miyazaki, Hisashi; Minaki, Yasuo; Yoshimura, Yoshio, "Preparation of opticallyactive N-carbamoylaspartic acid", Chem. & Pharm. Bull, 1967,15, 1604

54. A. Piutti; "Nuove ricerche sulle asparagine", Gazz.Chim.Ital.-, 17; 1887; 182

55. A. H. Koedjikov, I. B. Blagoeva, I. G. Pojarlieff, E. J. Stankevic.;"ß-Ureido acids and dihydrouracils. Pari 15. Effect of allylic strain on ring opening of 1,6-disubstituted dihydrouracils", J.Chem.Soc.Perkin Trans.2, 1984; 6; 1077

56. M. Terasaki, S. Nomoto, H. Mita, A. Shimoyama, "Flame-induced addition of urea to unsaturated carboxylic acids", Bull. Chem. Soc. Jpn., 2002,75, 855

57. A. Piutti; "Ein neues Aspargin", Chem.Ber., 1886,19, 169165. Яп. пат. 47002085

58. H.L. Wheeler; C. Hoffman, "On hydantoins: a synthesis of phenylalanine and of tyrosine", Am. Chem. J., 1911,45,374.

59. Yokozeki, Kenzo; Hirose, Yoshiteru; Kubota, Koji; Agric.Biol.Chem., 1987,51,737

60. Яп. пат. 01228489: Chem. Abstr., 112, 156718

61. R.W. Jackson; "Indole Derivatives in connection with a diet deficient in tryptophane. II.", J. Biol. Chem., 1929, 84,1

62. K. Drauz, M. Kottenhahn, K. Makryaleas, H. Klenk, M. Bernd, "Chemoenzymatic Syntheses of co-Ureido D-Amino Acids", Angew.Chem., Int. Ed in English1991; 103, 704

63. J. Shorter. "The conversion of ammonium cyanate into urea—a saga in reaction mechanisms", Chem.Soc.Rev., 1978, 7, 1.

64. R. Sarges, P. J. Oates, Prog. Drug. Res. 1993, 40, 99;

65. W. C. Groutas, M. A. Stanga, J. C. Castrisos and E. J. Schatz, J. Enzyme Inhib. 1990,3, 237.

66. R.J. Smith, S. Bratovanov, S. Bienz, "Synthesis of silicon-containing a-amino acids and hydantoins", Tetrahedron, 1997,53,13695

67. M. Pietzsch, T. Waniek, R.J. Smith, S. Bratovanov, S. Bienz, Ch. Syldatk, "Microbial and Enzymatic Synthesis of Optically Pure D- and L-3-Trimethylsilyl-alanine by Deracemization of D,L-5-Trimethylsilyl-methyl-hydantion", Monlash. Chem., 2000, 131, 645

68. S.G. Burton, R.A. Dorington, C. Hartley, S. Kirchmann, G. Matcher, V. Phehane, "Production of enantiomerically pure amino acids: Characterisation of South African79