Стереоспецифичные превращения тритерпеноидов ряда лупана, олеанана и урсана с использованием озона и диметилдиоксирана

Хуснутдинова, Эльмира Фанилевна

Стереоспецифичные превращения тритерпеноидов ряда лупана, олеанана и урсана с использованием озона и диметилдиоксирана тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Хуснутдинова, Эльмира Фанилевна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Уфа МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Стереоспецифичные превращения тритерпеноидов ряда лупана, олеанана и урсана с использованием озона и диметилдиоксирана»

Автореферат диссертации на тему "Стереоспецифичные превращения тритерпеноидов ряда лупана, олеанана и урсана с использованием озона и диметилдиоксирана"

На правах рукописи

ХУСНУТДИНОВА ЭЛЬМИРА Ф АНИ Л ЕВ НА

СТЕРЕОСПЕЦИФИЧНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ТРИТЕРПЕНОИДОВ РЯДА ЛУПАНА, ОЛЕАНАНА И УРСАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЗОНА И ДИМЕТИЛДИОКСИРАНА

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 9 двг 2013

Уфа 2013

005532401

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

О. Б. Казакова

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Р. Р. Гатауллип

доктор химических наук, профессор В. £. Катаев

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. H.H. Воронцова СО РАН

Защита диссертации состоится «17» сентября 2013 года в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д.002.062.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук по адресу: 450075, г. Уфа, проспект Октября, д. 141. Тел./факс: (347) 2842750. E-mail: ink@anrb.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа Российской академии наук и с авторефератом на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ.

Автореферат разослан «/л августа 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

Г.Л. Шарипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Окислительные превращения играют огромную роль в химии тритерпеноидов, в том числе в синтезе важных биологически активных соединений. Например, содержание бетулиновой кислоты, избирательно действующей на клетки меланомы и находящейся во II фазе клинических испытаний при диспластических новообразованиях кожи в США, в природных источниках невелико и в очень редких случаях достигает 12% (например, в коре берез рода Betula neoalaskana). Свойства бетулиновой кислоты стимулировали развитие работ по разработке ее синтеза из доступного бетулина с использованием наиболее дешевых и экологически чистых окислительных реагентов. Наряду с хорошо апробированными методами окисления бетулина и его производных реагентами хрома (VI), Сверна, Al(OiBu)3 и др. в последние годы все большее распространение получают превращения с использованием реагентов марганца1 и солей хлористой кислоты1.

Успешно завершилась I фаза клинических испытаний для лечения рака и II фаза для лечения хронических заболеваний почек у пациентов больных сахарным диабетом второго типа метил бардоксолона (метиловый эфир 2-циано-3,12-диоксоолеан-1(2),9(11)-диен-28-овой кислоты). В схеме синтеза одним из ключевых является превращение С 12(13) двойной связи в цикле С в 12-оксопроизводное, которое традиционно проводили с использованием озона или m-СРВА. В 2012 г. стало известно о двухэтапном превращении олеаноиовой кислоты сначала в 12а-гидрокси-13Р,28|3-лактон с использованием реагента ММРР (магнезиум бис (монопероксифталат) гексагидрат)3 и далее в 12-оксоолеаноновую кислоту под действием Bi(0Tf)3-H20.

Интригующими воображение химиков-синтетиков являются методы окислительной биотрансформации тритерпеноидов, приводящие к продуктам а- и р-гадроксилирования по положениям CI, С7, С11, С15, С21, недоступным с использованием традиционных химических реагентов. Но окислительные превращения интересны не только с точки зрения биологической активности оксифункционализированных тритерпеноидов. Изучаются фундаментальные проблемы влияния структуры исходных субстратов, конкурирующих процессов, участия растворителей и других аспектов на результат реакций окисления таких сложных полифункциональных молекул, как тритерпеноиды. Таким образом, дальнейшее развитие работ в области реакций окисления тритерпеноидов представляется актуальным.

1 R. Csuk et. al. (2006). A practical synthesis of betulinic acid. Tetrahedron Lett. Vol. 47. P. 8769-8770.

2 P A. Krasutsky (2006). Birch bark research and development. Nat. Prod. Rep. Vol. 23. P. 919-942.

1 J.A.R. Salvador et. al. (2012). Efficient oxidation of oleanolic acid derivatives using magnesium bis(monoperoxyphthalate) hexahydrate (MMPP): A convenient 2-step procedure towards 12-oxo-28-carboxylic acid derivatives. BeilstemJ. Org. Chem.V. 164-169.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук по темам: "Химия и биологическая активность растительных веществ флоры РФ; их биогенез и функция" (регистрационный номер 0120.0801441) и "Выделение, структурные исследования, трансформации, синтез и биологическая активность природных соединений" (регистрационный номер 0120.1152194).

Работа осуществлялась при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты №09-03-00831, №11-03-12144) и гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых (МК-7360.2010.3).

Цель работы. Проведение новых превращений тритерпеноидов лупанового, олеананового и урсанового типов, в том числе стереоспецифичных и с изменением остова исходных молекул, с использованием озона и диметилдиоксирана. Решаемые задачи:

- разработка путей синтеза новых тритерпеноидов ряда урсан-20(21)-ена, олеан-18(19)-ена, германикана из аллобетулина и их окисление, в том числе стереоспецифичное эпоксидирование озоном и диметилдиоксираном;

- определение особенностей поведения тритерпеноидов ряда а- и р-амирина в реакциях с озоном и синтез новых оксифункционализированных производных олеаноловой и урсоловой кислот;

- синтез новых азотсодержащих производных в результате взаимодействия 2,3-индолотритерпеноидов с озоном и диметилдиоксираном.

Научная новизна. Раскрытием тетрагидрофуранового цикла аллобетулина под действием нуклеофильных агентов синтезированы тритерпеноиды ряда германикана, 13(18)- и 18(19)-олеанена, 20(21)-урсена, в том числе новые. С использованием ЯМР-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа установлена стереоспецифичность эпоксидирования тритерпеноидов по двойной связи в цикле Е озоном и диметилдиоксираном.

Озонолиз производных олеаноловой и урсоловой кислот показал, что взаимодействие метилового эфира урсоловой кислоты (в том числе ацетокси-и 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-производных) с озоном протекает стереоспецифично с образованием неописанных ранее 12-оксо-115,13 Я-оксеганов, в отличие от производных олеаноловой кислоты, превращающихся, как правило, в 12-кетоны. Окислительная лактонизация олеаноновой и урсоновой кислот под действием озона в качестве основных продуктов дает 12-гидрокси- и 12-оксо-13р,28Р-лактоны. В случае олеаноновой кислоты впервые установлено образование 12р-гидрокси-13р,28р-лактона, выделенного в следовых количествах наряду с основным 12а-гидрокси-изомером.

На примере метиловых эфиров олеаноловой и урсоловой кислот показано, что С12(13)-двойная связь и зр-гидроксильная группа в тритерпеноидах ряда а- и Р-амирина по-разному взаимодействуют с озоном.

Впервые осуществлен стереоспецифичный синтез тритерпеновых 2-нор-2,3-4'(1Н)-хинолонов, девятичленных 2,3-секо-2-кетолактамов и продуктов спиросочленения: (2Д)-3-нор-спиро[2(3')-индолин-2'-она], (25)-3,25-динор-1-метил-спиро[2(3')-индолин-2'-он]-5(10)-ена, (25>3-нор-

спиро[2(3')-3(Н)-индола] и (35)-2-нор-спиро[3(2')-индолин-3'-она] в результате реакций 2,3-индолотритерпеноидов с озоном и диметилдиоксираиом.

Об образовашш 3-нор-сгшро-[2(3')-индолин-2'-онов] и 3-нор-спиро-[2(3')-3(Н)-индолов] в реакциях индолов другой структуры с озоном ранее не сообщалось.

Практическая значимость. Разработан трехстадийный способ получения фармакологически важных мороновой и гетеробетулоновой кислот с выходами 33% и 15% из доступного ацетата аллобетулина. На примере производных бетулииа предложен экологически чистый вариант количественного получения 2,3-секо-2,3-дикислот, в том числе 2,3-секо-2,3-дикарбоксиплатановой, действием озона на 2-экзометилен-З-оксотритерпеноиды. Антидиабетическая активность метилового эфира 2,3-индолобетулиновой кислоты (ингибирование фермента а-глюкозидазы ш vitro) оказалась выше, чем у препарата сравнения акарбозы, в 10 раз.

Полученные результаты вносят вклад в развитие синтетической и теоретической органической химии, а также имеют существенное значение для создания новых биологически активных соединений.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на трех Молодежных научных школах по органической химии (Суздаль, 2009 г., Новосибирск, 2010 г., Уфа, 2012 г.); на IX Всероссийской конференции "Химия и медицина" (Уфа-Абзаково, 2013 г.); на двух Конкурсах работ молодых ученых ИОХ УНЦ РАН (Уфа, 2010 г, 2012 г.); на Международном молодежном форуме "Ломоносов-2011" (Москва, 2011 г.); на первой конференции серии ChemWasteChem: "Химия и полная переработка биомассы леса" (Санкт-Петербург, 2010 г.); на конференции "Актуальные проблемы химии природных соединений" (Ташкент, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, тезисы 7 докладов на конференциях, получен патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из обзора литературы на тему "Окислительные трансформации тритерпеноидов лупанового, олеананового и урсанового типов (за период 2004-2013гг.)", двух глав (обсуждение результатов, экспериментальная часть) и Приложения, в которое включены рисунки спектров ЯМР ряда синтезированных соединений. Список литературы включает 189 наименований. Объем работы составляет 193 страницы, в том числе 24 рисунка, 19 схем.

Автор выражает признательность руководителю научной школы академику 1 Г. А. Толстикову| за неоценимые советы при выборе темы исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В литературном обзоре "Окислительные трансформации тритерпеноидов лупанового, олеананового и урсанового типов (2004-2013 гг.)" проведен анализ более ста источников за последние 10 лет. Показано, что классические окислительные реагенты (например, Н202, т-СРВА, 03, реагенты Мп(УП), Сг(У1), Яи(УШ) и др.) по-прежнему активно применяются для окисления тритерпеноидов, в том числе для а-гидроксилирования, аллильного окисления, окислительной лактонизации, эпоксидирования, окисления гидроксигрупп и др. с получением эпоксидов, карбонильных соединений (по положениям С1, С2, СЗ, С11, С12, С21, С22, С28 и др.), циклических лакшнов, диосфенолов и т.д., обладающих различной фармакологической активностью. Описаны новые типы микробиологических трансформаций тритерпеноидов, синтезы пероксидов (эндопероксидов, 1,2,4-триоксолаиов, аминопероксидов) с противораковой активностью, а также примеры стереоспецифичного и хемоселекгивного окисления диметилдиоксираном (в случае олеаноловой кислоты проходившего с участием растворителя); описан катализируемый различными производными тетрафенилпорфирина диоксорутения (VI) оригинальный метод окисления урсоловой кислоты до 11а-гидроксипроизводного с использованием в качестве соокислителя М-окси-2,6-дихлорпиридина.

1. Синтез ненасыщенных тритерпеноидов ряда олеанана и урсана,

германикана из аллобетулииа

Для синтеза тритерпеноидов с двойной связью в цикле Е использован аллобетулин (Зр-гидрокси-19р,28-эпокси-18а-олеан), легко получаемый из бетулина в результате кислотно-катализируемой изомеризации. Выбор аллобетулииа не случаен, так как к началу настоящей работы было известно о возможности его превращения в гетеробетулин, морадиол и 6-эритродиол (выходы 62%, 8% и 5%) под действием хлористого бензоила в ксилоле. Кроме того, сообщалось о синтезе Зр,19Р,28-тригидроксиолеананов (германиканов) восстановлением 28-оксоаллобетулина 1лА1Н4 и 18(19)-олеаненов (в т.ч. мороновой кислоты в пять или одиннадцать стадий). Ценность данных соединений обусловлена тем, что их производные — мороновая и гетеробетулоновая кислоты являются перспективными противовирусными агентами4'5. В связи с этим мы осуществили раскрытие

* D Yu et al. (2006). Anti-AIDS Agents 69. Moronic Acid and Other Triterpene Derivatives as Novel Potent Anti-HIV Agents. J. Med. Chem. Vol. 49. P. 5462-5469.

5 B.J. Bradbury et al. (2007). Substituted taraxastanes useful for treating viral infections. WO Patent 2007098247.

тетрагидрофуранового цикла аллобетулина действием на него нуклеофильными реагентами.

1.1. Синтез гетеробетулнна, 13(18)- и 18(19)-олеаненов, 21р-ацетил-18а,19рЯ-урсана

Взаимодействие ацетоксиаллобетулина 2 с НСЮ4 в Ас20 при кипячении в течение 5 ч привело к образованию четырех соединений: диацетоксигетеробетулина (3 р,28-диацетокси-18а,19(ЗН-урс-20-ен) 3, диацетоксиморадиола (Зр,28-диацетокси-олеан-18(19)-ен) 4, Зр-ацетокси-21р-ацетил-20р,28-эпокси-18а,19рн-урсана 5 (получен впервые) и (ЗР,28-диацетокси-олеан-13 (18)-ена 6, выделенных в результате хроматографической очистки с выходами 18, 37, 39 и 2% соответственно (схема 1). Снятие защитных групп в соединениях 3 и 4 и последующее окисление реактивом Джонса привели к гетеробетулоновой 7 и мороновой 8 кислотам с выходами 15% и 33% в три стадии в расчете на ацетоксиаллобетулин. Манипуляции с защитными группами в положении СЗ соединений 7 и 8 открывают путь к получению разнообразных 3-замещенных 18(19)-олеаненов и 18а,19рН-урсанов. Структура тритерпеноидов 3-8 установлена на основании спектров ЯМР, а для соединений 3 и 5 подтверждена РСА (рис. 1, 2)*.

1.2. Синтез 17-хлорометилен-олеан-18(19)-енов и 19р-ацетокси-17-йодометиленолеанана

В результате действия на аллобетулин 1 РОС13 при кипячении в пиридине происходит элиминирование ЗР-ОН группы и разрыв тетрагидрофуранового цикла с образованием 17-хлорометилен-олеан-2(3),18(19)-диена 9 (выход 89%) (схема 1). Аналогично, из ацетоксиаллобетулина 2 получен Зр-ацетокси-17-хлорометилен-олеан-18(19)-ен 10 (выход 87%). В результате кипячения аллобетулина 1 с АсС1 и Nal в ацетонитриле в одну стадию с выходом 82% синтезировали новый тритерпеноид ряда германикана ЗР,19Р-диацетокси-17-йодометиленолеанан 11. Строение соединений 9 - 11 и их абсолютная конфигурация определены методом РСА (рис. 3 - 5).

* За проведение рентгенострукгурного анализа синтезированных соединений автор благодарит к.ф.-ы.1 К.Ю. Супоницкого, д.х.н. A.A. Корлюкова, д.х.н. В.Н. Хрусталева (ИНЭОС РАН)

AcCl, ацетонитрил, Д, 8 ч

Рис 1. Молекулярная структура соединения 3

Рис 2. Молекулярная структура соединения 5

Рис 3. Молекулярная структура соединения 9

Рис 4. Молекулярная структура соединения 10

Рис 5. Молекулярная структура соединения 11

Рис. 6. Молекулярная структура соединения 13

Рис. 7. Молекулярная структура соединени 14

Рис. 9. Молекулярная структура соединения 16

Рис. 10. Молекулярная структура соединени 19

2. Стереоспецифичное эпоксидировапие ненасыщенных тритерпеноидов озоном и диметилдиоксираном

Получешше из аллобетулина тритерпеновые олефины 3, 4 и 10 стали объектами для окисления озоном и диметилдиоксираном (схема 2). Так, окисление олеан-18(19)-енов 4 и 10 озоном в СНС13 при -40 °С проходило стереоспецифично с образованием 18р,19р-эпоксидов 12 (83%) и 13 (89%). Окисление диацетоксиморадиола 4 диметилдиоксираном было так же стереоспецифичным и привело к 18р,19р-эп0ксиду 12 (выход 78%). Стереохимическая конфигурация эпоксидного цикла соединения 13 определена методом РСА (рис. 6), в случае соединения 12 использовали данные ЯМР-спектроскопии.

Окисление диацетоксигетеробетулина 3 диметилдиоксираном в ацетоне привело к 20а,21а-эпоксиду 14 с выходом 87%. Стереоспецифичность окисления подтверждена данными РСА (рис. 7). Взаимодействие 3 с озоном в хлороформе при -40 °С проходило менее селективно с образованием кроме 20а,21а-эпоксида 14 (79%) продукта его нормального раскрытия 21а-гидрокси-18а,19рН-урс-20-ена 15 (6%) и продукта внутримолекулярной циклизации с участием атома кислорода С(28)Н2ОН-группы — 21 а-гидрокси-20р,28-эпокси-18а, 19рН-урсана 16 (5%). Предположительно, первоначально происходит 1,2-циклоприсоединение озона по С(20)21-двойной связи с образованием эпоксида 14. Последующие частичные внутримолекулярные перегруппировки эпоксида с участвующей группой С(29)Н3 и циклизация с атомом кислорода С(28)Н2ОН-группы в присутствии следов кислоты привели к 21-гидрокси-20(29)-ену 15 и 21а-гидрокси-20,28-эпоксиду 16. Структура соединений 14 - 16 установлена с использованием двумерных корреляционных методик ЯМР-спектроскопии, структура соединения 16 подтверждена методом РСА (рис. 9).

Окисление 19Р,28-эпокси-А-и<?о-5р-метил-25-нор-18а-олеан-9-ена 17 озоном проходило с образованием продукта аллильного окисления 18а-олеан-9-ен-1 -она 18 (70%) и 18а-олеан-1а,10аЛ 1р,12р-диэпоксида 19 (23%), который образуется за счет стереоспецифичного эпоксидирования промежуточного продукта раскрытия 9,10-эпоксида — олеан-1(10),11(12)-диена (интермедиат А) (схема 3). Структура 1а,10аД ф.ПР-диэпоксида 19 подтверждена методом РСА (рис. 10).

С использованием озона в результате окисления 2-экзометиленпроизводных 28-оксо-аллобетулона 20 и 2-фурфурилиденбетуловой кислоты 21 в одну стадию синтезировали 2,3-секо-2,3-дикарбоксикислоты 22 и 23 с количественными выходами.

Таким образом, установлена стереоспецифичность эпоксидирования 18(19)-олеаненов до 18р,19р-эпоксидов; 20(21)-урсена до 20а,21а-эпоксида. Обнаружено неожиданное стереоспецифичное превращение А-;/ео-5р-метил-25-нор-9-ен-аллобетулина под действием озона через внутримолекулярные перегруппировки в 1а,10а,11р,12р-диэпоксид.

Схема 2. Реагенты и условия: а. 03, СНСЬ, -40 °С; Ь. диметилдиоксиран, ацетон, 20 "С

3. Стереоспецифичныс превращения производных олеаноловой и урсоловой кислот с использованием озона

Олеаноловая 24 и урсоловая 25 кислоты, являющиеся представителями тритерпеноидов ряда р- и а-амирина, обнаружены в более чем ста растениях различных видов, обуславливая ряд ценных лечебных свойств. Разделение тритерпеноидов ряда Р- и а-амирина из природных экстрактов, содержащих в основном их смеси, является достаточно проблематичным вследствие очень близкой схожести в строении структур и свойств. Поскольку аналитические методы разделения не всегда препаративны, получают развитие и химические методы, позволяющие выделить в индивидуальном виде функционализированные производные. Они основаны на том, что С12(13)-двойная связь тритерпеноидов ряда а-амирина устойчива к действию ряда реагентов (например, /я-СРВА, Н202, Вг2) в отличие от тритерпеноидов ряда Р-амирина. _

Сравнительный озонолиз производных олеаноловой и урсоловой кислот ранее не проводился. Согласно литературным источникам, окисление метилового эфира олеаноловой кислоты озоном проходит до С12-кетона. Взаимодействие олеаноловой кислоты с озоном сопровождается окислительной лактонизацией с образованием зр,12а-дигидрокси-олеан-13р,28р-лактона. Взаимодействие производных урсоловой кислоты с озоном в литературе подробно не изучалось. Поэтому дальнейшая стратегия наших исследований заключалась в следующем: а) определить структуру продуктов озонолиза метиловых эфиров урсоловой и ацетоксиурсоловой кислот (т.е. имеющих одну двойную связь в положении С12(13) и свободную или замещенную Зр-гидроксигруппу); б) определить структуру продуктов озонолиза метиловых эфиров 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-урсоловой и 2-циано-3 4-секо-4(23)-ен-олеаноловой кислот (т.е. имеющих две двойные связи в положениях С4(23) и С12(13)); в) определить структуру продуктов окислительной лактонизации урсоновой кислоты под действием озона и сравнить полученные данные с результатами окислительной лактонизации олеаноновой кислоты, представленными в литературе, и собственными.

3.1. Взаимодействие метиловых эфиров урсоловой и ацетоксиурсоловой кислот с озоном

В результате исчерпывающего окисления метилового эфира ацетоксиурсоловой кислоты 26 озоном в СН2С12 при -40 °С с последующей хроматографической очисткой в индивидуальном виде выделены 12-оксо-урс-115,13й-оксетан 27 (87%) и 11-оксо-урс-12-ен 28 (8%) (схема 4).

но

'COOMe

IIO

VOOMe

Схема 4. Условия: а. Оз, СН2С12, -40 °С (полная конверсия исходного соединения)

Об образовании такого типа оксетанов в цикле С тритерпеноидов ранее не сообщалось. Характеристичными для спектра соединения 28 являются сигналы четвертичных углеродных атомов С11 при 5С 199.71 м.д. и С13 при 5С 162.93 м.д., сигналы метановой группы С(12)Н при 8С 128.32 м.д. (ЯМР ,3С) и 5Н 4.60 м.д. (ЯМР 'Н). Структура соединения 27 подтверждена методом РСА (рис. 11).

Исчерпывающее окисление метилового эфира урсоловой кислоты 29 озоном завершилось образованием Зр-гидрокси-12-оксо-урс-115,13Л-оксетана 30 (выход 90%) и ЗР-гидрокси-11-оксо-урс-12-ена 31 (4%). Полученные результаты показали инертность ЗР-гидроксигруппы урсоловой кислоты к действию озона, что аналогично литературным данным для производных бетулина. Окисление метилового эфира олеаноловой кислоты 32 озоном, в соответствии с литературными данными, привело к образованию оксо-группы в положении С12 (соединение 33, схема 4). Отметим, что даже очень длительное озонирование 32 приводило к образованию лишь следовых количеств 12-оксо-11,13-оксетана (по данным спектров 'Н ЯМР). В этой реакции мы наблюдали окисление Зр-гидроксигруппы до СЗ-кетона, что ранее установлено и для производных глицирретовой кислоты.

:31

:22

Рис. 11. Молекулярная структура соединения 27

Таким образом, основным продуктом окисления метиловых эфиров урсоловой или ацетоксиурсоловой кислот является 12-оксо-урс-ШДЗ.К-оксетан, минорным - продукт аллилыюго окисления 11-оксо-урс-12-ен; 30-гидроксигруппа урсоловой кислоты устойчива к действию озона.

Учитывая различное направление процесса окисления С12(13)-двойной связи и ЗР-гидроксильной группы метиловых эфиров олеаноловой и урсоловой кислот озоном, мы предлагаем еще один химический метод их разделения в виде оксифункционализированных производных. Так, навеску метиловых эфиров олеаноловой 32 и урсоловой 29 кислот в соотношении 1:1 окисляли озоном в СН2С12 при -40°С с полной конверсией исходных веществ. Хроматографическая очистка реакционной массы на колонке позволила выделить в индивидуальном виде метиловые эфиры 12-оксоолеаноновой 33 (45%), ШДЗД-оксетан-урсоловой 30 (41%) и 11-оксо-12-ен-урсоловой 31 (2%) кислот.

3.2. Взаимодействие метиловых эфиров 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-олеаноловой и 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-урсоловой кислот с озоном

Метиловые эфиры 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-олеаноловой 34 и 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-урсоловой 37 кислот содержат две двойные связи в положениях С4(23) и С12(13). В результате взаимодействия 34 с одним поглощенным эквивалентом 03 (окисление до полной конверсии исходного 34) в СН2С12 при —40°С получено 4-оксопроизводное 35 с выходом 75% (схема 5). При взаимодействии 34 с двумя поглощенными эквивалентами 03 или 4-кетона 35 с одним поглощенным эквивалентом Оэ образуется 4,12-диоксопроизводное 36 (выходы 81% и 94%, соответственно).

Схема 5. Условия: а. 03, СНС13, -40 °С (1 моль поглощенного Оз); Ь. 03, СНС13, -40 °С (2 моль поглощенного 03); с. 03, СНС13> -40 °С (1 моль поглощенного 03)

Полученные данные указывают на возможность регио- и хемоселективного окисления метилового эфира 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-олеаноловой кислоты 34 до 4-оксо-12-ен-производного 35 и хемоселективность процесса окисления 34 и 35 до 4,12-диоксопроизводного 36 в зависимости от количества поглощенного озона, что позволяет проводить селективные превращения циклов А и С.

В случае окисления соединения 37 озоном в аналогичных условиях хемоселективности процесса не наблюдалось, реакция приводила к образованию 2-циано-3,4-секо-4-оксо-производных 12-оксо-урс-11 £ 1ЗД-

оксетана 38 (68%), 11-оксо-урс-12-сна 39 (12%) и 12-гидрокси-4,11-диоксо-урс-12-ена 40 (8%) (схема 6). Соединение 40 ранее описано не было. По-видимому, наличие двух непредельных связей способствует дальнейшему частичному окислению 11-оксопроизводного 39 до нестабильного 11,12-диоксопроизводного с последующей енолизацией до 40.

Схема 6. Условия: а. Оз, СНСЬ, -40 °С (полная конверсия исходного соединения)

Таким образом, окисление метилового эфира 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-олеаноловой кислоты озоном является регио- и хемоселективным процессом: сначала окисляется терминальная двойная связь до 4-оксо-производного, затем — двойная связь С12(13) до 4,12-диоксопроизводного. В случае аналогичного производного урсоловой кислоты окисление не было селективным.

3.3. Взаимодействие олеапоповой и урсоновой кислот с озоном

Согласно литературным данным, окислительная лактонизация олеаноновой кислоты под действием озона проводилась в различных растворителях (этилацетат, ЛГ,Лг-диметилацетамид-МеОН, СН2С12-МеОН) с образованием трех типов структур: 12а,13а-эпоксидов, 12а-гидрокси-1 Зр,28р-лактонов или 12-оксо-13р,28Р-лактонов. В случае урсоловой кислоты окислительная лактонизация описана в присутствии Н2О2 с образованием 12р-гидрокси-13р,28Р-лактона.

Вследствие слабой растворимости урсоновой кислоты 41 в СНС1з окисление озоном проводили в среде СНС13-МеОН (1:1) или МеОН. Продуктами реакции в обоих случаях были 3-оксо-12р-гидроксиурс-13р,28р-лактон 42 (65%), 3,12-диоксо-урс-13р,28р-лактон 43 (10%) и продукт аллильного окисления 3,11-диоксо-урс-12-ен 44 (10%) (схема 7).

Схема 7. Условия: а. 03, СНС13-МеОН (1:1) или МеОН, -40 °С (полная конверсия исходного соединения)

Окисление олеаноновой кислоты 45 озоном в СНС13 при —40 °С привело к образованию 3-оксо-12а-гидрокси-13р,28(3-лактона 46 (60%) и продукта его доокисления озоном — 3,12-диоксо-13р,28|3-лактону 47 (31%) (схема 8). Окисление в среде СНС13-МеОН (1:1) привело аналогично к образованию соединений 46 (70%) и 47 (15%), а также 12-оксоолеаноновой кислоте 49 (6%), образующейся за счет раскрытия лактонного цикла соединения 47, вероятно, под действием кислого протона в растворителе. В данном опыте нами впервые установлено образование 3-оксо-12(3-гидрокси-олеан-13р,28р-лактона 48, выделенного в виде фракции А с 3-оксо-12а-гидрокси-13р,28р-лактоном 46 в соотношении 1 : 2.

Характеристичные сигналы протонов Н-12 в спектрах ЯМР Н 12-гидроксилактонов урсоновой 42 и олеаноновой 46 кислот, а также суммарной фракции 12а- и Р-гидроксилактонов олеаноновой кислоты А представлены на рис. 12 (а, Ь, с).

О Р-ориентации С(12)-ОН группы в соединении 42 судили по значению вицинальной КССВ протона Н-12 3Ji2-uax 11-3 Гц, что указывает на трансаксиальное расположение протонов Н-12 и Нах 11. На а-ориентацию С(12)-ОН группы лактона 46 указывает форма сигнала (триплет) протона Н-12 и значение вицинальных констант ССВ: величина 3./|2-uax = ./12-iieq = 2.7 Гц, что возможно лишь при экваториальном положении протона Н-12. В спектре ЯМР 'Н фракции А соотношение сигналов 12а- и 120-гидроксилактонов олеаноновой кислоты при 5 3.91 м.д. и 5 3.75 м.д. составило 2 : 1. Отнесение сигналов для соединений фракции А осуществлялось за счет высокого цифрового разрешения в двумерных спектрах.

Схема 8. Условия: а. 03, СНС13, -40 °С; Ъ. 03> СНС13-МеОН (1 : 1), -40 °С (полная конверсия исходного соединения)

О <Г1

и ТУ

• 1 1 ■ I ■ ■ 1 ' I '—' ■ I 1 1 ■ 1 I 1 ■ ■ ■ I 1 ■ ■ 1 I 1 ■ 1 ■ I 4.00 3.95 3.90 3.85 З.ВО 3.75 ррт

Рис. 12. Характеристичный сигнал протона Н-12 в спектре ЯМР 'Н для соединений: а)

12р-гидрокси-13р,28-лактона урсоновой кислоты 42; Ь) 12а-гидрокси-13р,28-лактона

олеаноновой кислоты 46; с) спектр суммарной фракции А: 12а-гидрокси- и 12Р-

гвдрокснлактоны олеаноновой кислоты 46+48 в соотношении 2 : 1

Таким образом, окислительная лактонизация олеаноновой и урсоновой кислот под действием озона имеет сходства и различия. Сходство заключается в образовании в обоих случаях 3-оксо-12-гидрокси-13 (3,28fi-лактонов и 3,12-диоксо-13Р,28Р-лактонов. Отличие заключается в образовании 3,11-диоксо-урс-12-ена и исключительно р-ориентированной гидроксигруппы в положении С12 (в случае урсоновой кислоты); образовании преимущественно a-ориентированной гидроксигруппы в положении С12 и выделении продукта раскрытия лакгонного цикла с участием растворителя (в случае олеаноновой кислоты).

4. Стереоспецифичные превращения индолотритерпеноидов с использованием озона и диметилдиоксирана

Окисление азагетероциклов, сочлененных с тритерпеноидами, в литературе не представлено. Мы поставили задачу изучения превращений доступных индолотритерпеноидов под действием озона и диметилдиоксирана. У индолотритерпеноидов, полученных по реакции Фишера, обнаружена противораковая активность .

Имеются примеры окисления природных индолостероидов озоном, проходящие с расщеплением С2(3)-двойной связи и образованием девятичленных 2,3-секо-2-кето-лактамов. Окисление тетрагидрокарбали-нового алкалоида озоном по реакции Виткоп-Винтерфелдта (Witkop-Winterfeldt) приводит к хинолонопроизводному.

4.1. Взаимодействие 2,3-индолотритерпеноидов с озоном

В качестве исходных соединений нами использованы 2,3-дидегидроиндолы-[2',3':2,3]-28-оксоаллобетулина 53, бетулиновой 54 и платановой 55 кислот (далее кратко 2,3-индолы), полученные путем взаимодействия соответствующих кетонов 50-52 с фенилгидразином в АсОН (схема 9). Структура индолов определена по данным спектров ЯМР, для соединения 54 структура подтверждена методом РСА (рис. 13). Антидиабетическая активность метилового эфира 2,3-индолобетулиновой кислоты 54 (ингибирование фермента а-глюкозидазы in vitro, IC50 = 26.28 (ig/ml) оказалась выше, чем у препарата сравнения акарбозы, в 10 раз.

В результате взаимодействия 2,3-индоло-28-оксоаллобетулина 53 с озоном в СНС13 при -40"С с последующей хроматографической очисткой реакционной массы в индивидуальном виде выделены: 2-нор-2,3-4'(1Н)-хинолон 56 (выход 80%) и (25)-3-нор-спиро-[2(3')-индолин-2'-он]-5(10)-ен 58 (10%). Кроме того, с выходом порядка 3% выделена фракция В, содержащая соединения 57 и 58 в соотношении 1 : 2, что свидетельствует об образовании незначительного количества 2,3-секо-2-оксолактама 57 (схема 10). Хинолон

* R. Mukheijee et al. (2006). Novel betulinic acid derivative A-ring-condensed to a heterocyclic group. WO Patent 2006085334.

" За выполнение экспериментов по изучению антидиабетической активности (в рамках проекта РФФИ №1003-90303) автор благодарит Dr. Pham Thuy Linh и Dr. Do Thi Thu Huong (Институт химии ВАНТ, Вьетнам).

56 перевели в 4'-ацетокси-2,3-хинолин 59, структура которого подтверждена методом РСА (рис. 14).

Рис. 13. Молекулярная структура соединения 54

Рис. 14. Молекулярная структура соединения 59

Реакция метилового эфира 2,3-индолобетулиновой кислоты 54 сопровождалась окислением изопропенильного и индольного фрагментов с образованием 2-нор-2,3-4'( 111)-хинолопа 60 (выход 63%) и девятичленного 2,3-секо-2-оксолактама 61 (10%), (2й)-3-нор-спиро-[2(3')-индолин-2'-она] 62 (10%) и (25)-3-нор-спиро-[2(3')-3(Н)-индола] 63 (5%). Окисление метилового эфира 2,3-индолоплатановой кислоты 55 привело к хинолону 60 и девятичленному лактаму 61 с выходами 79% и 10% соответственно, причем продукты спиросочленения (типа 62 и 63) после хроматографической очистки нами выделены не были. Структура и стереохимия всех новых соединений 56 - 63 установлены на основании спектров ЯМР'Н и 13С с использованием двумерных корреляционных методик HSQC, НМВС, COSY и NOESY.

Соотношение 1:2

4.2. Взаимодействие 2,3-индолотритерпеноидов с диметилдиоксираном

Известно, что окисление индолов диметилдиоксираном позволяет получать индолнноны или спироиндолиноны. Производные спиротетрагидро-Р-карболинов (спироиндолонов) являются новым классом соединений с высокой противомалярийной активностью. Как и в случае с озоном, нам предстояло выяснить, как будут взаимодействовать тритерпеновые индолы с диметилдиоксираном.

Мы установили, что окисление 2,3-индоло-28-оксоаллобетулина 53 диметилдиоксираном с последующей хроматографической очисткой реакционной массы привело к продуктам спиросочленения: (35)-2-нор-19р,28-эпокси-18а-олеан-спиро[3(2')-индолин-3'-он] 64 (69%) и (2Д)-2-нор-19р,28-эпокси-18а-олеан-спиро[2(3')-индолин-2'-он] 65 (23%) (схема 11). Структура соединений 64 и 65 установлена на основании спектров ЯМР, а для соединения 64 подтверждена методом РСА (рис. 16).

Мы предполагаем, что в результате первоначального 1,3-циклоприсоединения озона по связи С2(3) индолотритерпеноида образуется девятичленный 2,3-секо-2-оксолактам, который превращается в 2-нор-4'-(1Д)-хинолон. Образование продуктов спиросочленения объясняется за счет процесса 1,2-циклоприсоединения озона по связи С2(3), что подтверждается наличием исключительно спиропроизводных в процессе окисления диметилдиоксираном, которое протекает через 1,2-сигматропные перегруппировки образующегося 2,3-эпоксида.

В отличие от литературных данных, согласно которым продуктами озонолиза индолов являются девятичленные лактамы (на примере стероидов) или хинолоны (на примере алкалоидов), мы впервые получили другие типы производных, а именно спиросоединения: 3-нор-спиро-[2(3')-индолин-2'-оны] и 3-нор-спиро-[2(3')-3 (Н)-индол].

Схема 11. Условия: а. диметилдиоксиран, ацетон, 20 °С

Рис. 16. Молекулярная структура соединения 65

Выводы

1. Предложены эффективные методы раскрытия С(19)-0-С(28) тетрагидрофуранового цикла аллобетулина под действием таких нуклеофильных агентов как Ыа1/АсС1, РОС13/пиридин и НСЮд/АсгО с получением тритерпеноидов ряда германикана, 13(18)- и 18(19)-олеанена, 20(21)-урсена, в том числе новых (17-хлорометилен-олеан-2(3),18(19)-диена, 3 Р-ацетокси-21 -ацетил-20р,28-эпокси-урсана, 3 р ,19Р-диацетокси-олеанан-17-метиленйодида). Реакция ацетоксиаллобетулина с НСЮ4/АС2О позволяет получать мороновую и гетеробетулоновую кислоты с выходами 33% и 15% в три стадии.

2. Установлена стереоспецифичность эпоксидирования 18(19)-олеаненов до 18Р, 19р-эпоксидов и 20(21)-урсена до 20а,21а-эпоксида озоном и диметилдиоксираном. Для А-нео-5р-метил-25-нор-9-ен-аллобетулина обнаружено необычное превращение до 1а,10а,11р,12р-диэпоксида, включающее первоначальное эпоксидирование С9(10)-двойной связи, далее превращение 9,10-эпоксида в 1(10),11(12)-диен с последующим стереоспецифичным эпоксидированием озоном.

3. Выявлено различное направление процесса окисления С12(13)-двойной связи тритерпеноидов ряда а- и р-амирина озоном. Установлено, что основным продуктом окисления метилового эфира урсоловой кислоты является 12-оксо-урс-111 ЗД-оксетан, минорным - продукт аллильного окисления 11-оксо-урс-12-ен, в то время как в случае метилового эфира олеаноловой кислоты образуется С12-кетон. ЗР-Гидроксигруппа урсоловой кислоты устойчива к действию озона, а олеаноловой - окисляется до СЗ-кетона.

4. Установлено, что окисление метилового эфира 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-олеаноловой кислоты озоном является регио- и хемоселективным процессом: первоначально окисляется терминальная двойная связь С4(23) до 4-оксопроизводного, далее - двойная связь С12(13) до 4,12-диоксопроизводного. В случае аналогичного производного урсанового типа окисление не было селективным.

5. Найдены сходства и различия окислительной лактонизации олеаноновой и урсоновой кислот под действием озона. Сходство заключается в образовании олеанановых и урсановых 12-гидрокси- и 12-оксо-13р,28р-лактонов. Отличие заключается в образовании 3,11-диоксо-12-ен-урсана и исключительно 12,(3-гидрокси-13р,28Р-лактона (в случае урсоловой кислоты); образовании преимущественно 12а-гидрокси-13р,28|3-лактона и выделении продукта раскрытия лактонного цикла с участием растворителя (в случае олеаноловой кислоты).

6. Предложен стереоспецифичный синтез новых азагетеротритерпеноидов, основанный на окислительных превращениях тритерпеновых индолов. В результате 1,3-циклоприсоединения озона по С2(3)-непредельной связи 2,3-индолотритерпеноида образуются девятичленный 2,3-секо-2-оксолактам и 2-нор-4'-(1Н)-хинолон, продуктами 1,2-циклоприсоединения озона являются

(2Л)-3-нор-спиро-[2(3')-индолин-2'-он], (2£)-2,25-динор-1-метил-спиро[2(3')-индолин-2'-он]-5(10)-ен и (25)-3-нор-спиро-[2(3')-3(Н)-индол]. Окисление 2,3-индоло-28-оксоаллобетулина диметилдиоксираном протекает через 1,2-сигматропные перегруппировки промежуточного 2,3-эпоксида с образованием (35)-2-нор-спиро[3(2')-индолин-3'-она] и (2Л)-3-нор-спиро[2(3')-индолин-2'-она].

Основпое содержание изложено в следующих работах:

1. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф., Толстяков Г. А., Супонидкий К. Ю. Синтез новых производных олеан-18(19)-ена из аллобетулина // Биоорганическая химия - 2010. - Т. 36. - № 4. - С. 552-555.

2. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф., Куковинец О. С., Зверева Т. И., Толстиков Г. А. Эффективный синтез 2,3-секо-2,3-дикарбоксиплатановой кислоты // Химия природных соединений - 2010. - Т. 35. - № 3. - С. 333-335.

3. Казакова О. Б., Медведева Н. И., Куковинец О. С., Толстиков Г. А., Хуснутдинова Э. Ф., гарги&о Ь., Вес1пагс:гук-С\уупаг В., Рагугек Ъ. Хемоселективное окисление производных олеаноловой кислоты озоном // Химия природных соединений - 2010.-Т. 45. — № 3. - С. 336-338.

4. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф„ Корлюков А. А. Стереоспецифичное эпоксидирование тритерпеноида ряда олеан-18(19)-ена // Химия природных соединений - 2010. - Т. 46. - № 6. - С. 765-766.

5. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф., Лобов А. Н., Зверева Т. И., Супоницкий К. Ю. Окисление урсоловой кислоты озоном // Химия природных соединений - 2010. - Т. 46. - № 6. - С. 762-764.

6. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф.. Лобов А. Н., Зверева Т. И., Легостаева Ю. В., Толстиков Г. А., Хрусталев В. Н. Необычное протекание озонолиза 2,3-индоло-28-оксоаллобетулина // Известия АН. Серия хим. -201I. - № 8. -С. 1753-1754.

7. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф., Супоницкий К. Ю. Синтез и молекулярная структура метил 1-изопропенил-5а,5Ь,8,8,14а-пентаметил-1,2,3,ЗА,4,5,5а,5Ь,6,7,7а,8,9,14,14а,14Ь,15,16,16а,16Ь-икосагидроциклопента [7,8]фенантро[2,1-й]карбазол-3а-карбоксилата // Журнал структурной химии -2011.-Т. 52. - № 5. — С. 1031-1033.

8. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф.. Лобов А. Н., Медведева Н. И., Спирихин Л. В. Аллильное окисление 19р,28-эпокси-А-нео-5р-метил-25-нор-18а-олеан-9-ена//Химия природных соединений -2011. — № 4. - С. 513-515.

9. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф.. Толстиков Г. А., Супоницкий К. Ю. Синтез и молекулярная структура 1а(10а),9Р(11Р),19Р(28)-триэпокси-А-нео-5Р-метил-25-нор-18а-олеана // Журнал органической химии - 2012. - Т. 48. -№ 3. - С. 459-461.

10. Казакова О. Б., Хуснутдинова Э. Ф.. Медведева Н. И., Лобов А. Н., Супоницкий К. Ю. Молекулярная структура 1,2,6,6,10,16,17-гептаметил-20-(2-оксопропил)пентацикло-[12.8.0.02,11.05,10.015,20]докоз-17-ен-7-ил ацетата // Журнал структурной химии - 2012. - Т. 53. - № 5. - С. 993-996.

11. Казакова О. Б., Медведева Н. И., Хуснутдинова Э. Ф„ Байкова И. П., Толстиков Г. А. Способ получения мороновой кислоты. Патент РФ №2472803 от 20.01.2013 г.

12. Хуснутдинова Э. Ф.. Казакова О. Б., Куковинец О. С., Лобов А. Н. Эффективный синтез 2,3-секо-2,3-дикарбоксиплатановой кислоты. // Тезисы докладов конференции "XII Молодежная конференция по органической химии", Суздаль, 7-11 декабря 2009 г., С. 183.

13. Хуснутдинова Э. Ф. Нетривиальное окисление урсоловой кислоты озоном // Тезисы докладов XIII Молодежной школы-конференции "Актуальные проблемы органической химии", Новосибирск, 12-19 сентября 2010 г., С. 176.

14. Хуснутдинова Э. Ф„ Казакова О. Б., Медведева Н. И., Куковинец О. С., Толстиков Г. А. Новый подход к получению производных 2,3-хинолино-А-нортритерпеноидов // Тезисы докладов конференции "Актуальные проблемы химии природных соединений", Ташкент, 12-13 октября 2010 г., С. 114.

15. Хуснутдинова Э. Ф. Синтез 2,3-секо-2,3-дикарбоксиплатановой кислоты // Тезисы докладов первой конференции серии СЬет\Уа51еС11ет: "Химия и полная переработка биомассы леса", Санкт-Петербург, 14-18 июня 2010 г., С. 111.

16. Хуснутдинова Э. Ф. Новые подходы к скелетным трансформациям пентациклических тритерпеноидов с использованием озона // Материалы международного молодежного форума "Ломоносов-2011", Москва, 14-19 апреля 2011 г., С. 328.

17. Хуснутдинова Э. Ф. Превращения тритерпеновых индолов в другие азагетероциклы под действием озона и диметилдиоксирана // Тезисы докладов конференции "XV Молодежная конференция по органической химии", Уфа, 30 мая -2 июня 2012 г., С. 75.

18. Хуснутдинова Э. Ф.. Лобов А. Н., Казакова О. Б. Новый способ разделения смесей производных олеаноловой и урсоловой кислот с использованием озона // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции "Химия и медицина", Уфа-Абзаково, 4-8 июня 2013 г., С. 116.

ХУСНУТДИНОВА ЭЛЬМИРА ФАНИЛЕВНА

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 15.08.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/и Гарнитура «Тайме». Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 160 Заказ 276.

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Хуснутдинова, Эльмира Фанилевна, Уфа

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук

На правах рукописи

04201361368 ХУСНУТДИНОВА ЭЛЬМИРА ФАНИЛЕВНА

02.00.03 - Органическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Казакова Оксана Борисовна

Уфа-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР "Окислительные 9

трансформации тритерпеноидов лупанового, олеананового и

урсанового типов (2004-2013 гг.)"

Введение 9

1.1. Окисление тритерпеноидов перекисью водорода, надкислотами и другими перекисными реагентами 10

1.1.1. Окисление перекисью водорода................................................10

1.1.2. Окисление .м-хлорпербензойной кислотой 17

1.1.3. Окисление другими перекисными реагентами 25

1.2. Окисление реагентами селена (IV), рутения (VIII), хрома (VI) и 30 марганца (VII), хлора и брома

1.2.1. Окисление реагентами селена (IV) 30

1.2.2. Окисление реагентами хрома (VI) и марганца (VII) 33

1.2.3. Окисление реагентами рутения (VIII) 37

1.2.4. Окисление реагентами хлора и брома 42

1.3. Окисление кислородом и озоном 47

1.4. Окислительная биотрансформация 59

Заключение 63

ГЛАВА 2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 68

2.1. Синтез ненасыщенных тритерпеноидов ряда олеанана и 68 урсана, германикана из аллобетулина

2.1.1. Синтез гетеробетулина, 13(18)-и 18(19)-олеаненов, 21Р" 68 ацетил-18а, 19|ЗЯ-урсана

2.1.2. Синтез 17-хлорометилен-олеан-18(19)-енов и 19(3-ацетокси-17- 74 йодометиленолеанана

2.2. Стереоспецифичное эпоксидирование ненасыщенных 77 тритерпеноидов озоном и диметилдиоксираном

2.3. Стереоспецифичные превращения производных олеаноловой и 87 урсоловой кислот с использованием озона

2.3.1. Взаимодействие метиловых эфиров урсоловой и 90 ацетоксиурсоловой кислот с озоном

2.3.2. Взаимодействие метиловых эфиров 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен- 95 олеаноловой и 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-урсоловой кислот с озоном

2.3.3. Взаимодействие олеаноновой и урсоновой кислот с озоном 98

2.4. Стереоспецифичные превращения индолотритерпеноидов с 104 использованием озона и диметилдиоксирана

2.4.1. Взаимодействие 2,3-индолотритерпеноидов с озоном

2.4.2. Взаимодействие 2,3-индолотритерпеноидов с диметилдиоксираном

105 114

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 121

ВЫВОДЫ 168

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 171

ПРИЛОЖЕНИЕ 194

Автор выражает искреннюю признательность всем внесшим вклад в данную работу и благодарит научного руководителя профессора, доктора химических наук О. Б. Казакову за внимание, требовательность и терпение, проявленные в период выполнения работы и обсуждения результатов.

Автор выражает признательность академику [Г. А. Толстикову| за помощь в выборе направления исследования; доктору химических наук, профессору О. С. Куковинец за консультации по механизмам изучаемых превращений. Автор благодарит зав. лабораторией физико-химических методов анализа кандидата химических наук Л. В. Спирихина и сотрудника лаборатории кандидата химических наук А. Н. Лобова за помощь в интерпретации спектров ЯМР. За проведение рентгеноструктурного анализа синтезированных соединений автор благодарит кандидата физико-математических наук К. Ю. Супоницкого, докторов химических наук А. А. Корлюкова и В.Н. Хрусталева (Центр рентгеноструктурных исследований ИНЭОС РАН). Автор благодарит кандидатов химических наук И. Е. Смирнову и Н. И. Медведеву за помощь в проведении некоторых экспериментов.

В выполнение экспериментальной работы, обсуждение результатов химических экспериментов и подготовке материалов к публикации вклад автора является основным.

ВВЕДЕНИЕ

Окислительные превращения играют огромную роль в химии тритерпеноидов, в том числе в синтезе важных биологически активных соединений. Например, содержание бетулиновой кислоты, избирательно действующей на клетки меланомы и находящейся во II фазе клинических испытаний при диспластических новообразованиях кожи в США, в природных источниках невелико и в очень редких случаях достигает 12% (например, в коре берез рода Betula neoalaskana). Свойства бетулиновой кислоты стимулировали развитие работ по разработке ее синтеза из доступного бетулина с использованием наиболее дешевых и экологически чистых окислительных реагентов. Наряду с хорошо апробированными методами окисления бетулина и его производных реагентами хрома (VI), Сверна, Al(OtBu)3 и др. в последние годы все большее распространение получают превращения с использованием реагентов марганца [1] и солей хлористой кислоты [2].

Успешно завершилась I фаза клинических испытаний для лечения рака и II фаза для лечения хронических заболеваний почек у пациентов больных сахарным диабетом второго типа метил бардоксолона (метиловый эфир 2-циано-3,12-диоксоолеан-1,9(11)-диен-28-овой кислоты). В схеме синтеза одним из ключевых является превращение С 12(13) двойной связи в цикле С в 12-оксопроизводное, которое традиционно проводили с использованием озона или га-СРВ А. В 2012 г. стало известно о двухэтапном превращении олеаноновой кислоты сначала в 12а-гидрокси-13(3,28Р-лактон с использованием реагента ММРР (магнезиум бис (монопероксифталат) гексагидрат) [3] и далее в 12-оксоолеаноновую кислоту под действием Bi(0Tf)3-H20.

Интригующими воображение химиков-синтетиков являются методы окислительной биотрансформации тритерпеноидов, приводящие к продуктам а- и (3-гидроксилирования по положениям CI, С7, СП, С15, С21,

недоступным с использованием традиционных химических реагентов. Но

окислительные превращения интересны не только с точки зрения биологической активности оксифункционализированных тритерпеноидов. Изучаются фундаментальные проблемы влияния структуры исходных субстратов, конкурирующих процессов, участия растворителей и других аспектов на результат реакций окисления таких сложных полифункциональных молекул, как тритерпеноиды. Таким образом, дальнейшее развитие работ в области окислительной химии тритерпеноидов представляется актуальным.

Учитывая вышесказанное, была сформулирована цель работы -осуществить новые превращения тритерпеноидов лупанового, олеананового и урсанового типов, в том числе стереоспецифичные и с изменением остова исходных молекул, с использованием озона и диметилдиоксирана. Были поставлены решаемые задачи:

- разработка путей синтеза новых тритерпеноидов ряда урсан-20(21)-ена, олеан-18(19)-ена, германикана из аллобетулина и их окисление, в том числе стереоспецифичное эпоксидирование, озоном и диметилдиоксираном;

- определение особенностей поведения тритерпеноидов ряда а- и (3- амирина в реакциях с озоном и синтез новых оксифункционализированных производных олеаноловой и урсоловой кислот;

В результате проделанной работы были получены следующие результаты:

Озонолиз производных олеаноловой и урсоловой кислот показал, что взаимодействие метилового эфира урсоловой кислоты (в том числе ацетокси-и 2-циано-3,4-секо-4(23)-ен-производных) с озоном протекает стереоспецифично с образованием неописанных ранее 12-оксо-115,13/?-оксетанов, в отличие от производных олеаноловой кислоты, превращающихся, как правило, в 12-кетоны. Окислительная лактонизация олеаноновой и урсоновой кислот под действием озона в качестве основных продуктов дает 12-гидрокси- и 12-оксо-13[3,28Р-лактоны. В случае олеаноновой кислоты впервые установлено образование 12Р-гидрокси-13(3,28(3-лактона, выделенного в следовых количествах наряду с основным 12а-гидрокси-изомером.

На примере метиловых эфиров олеаноловой и урсоловой кислот показано, что С12(13)-двойная связь и З^-гидроксильная группа в тритерпеноидах ряда а- и (3-амирина по-разному взаимодействуют с озоном.

Впервые осуществлен стереоспецифичный синтез тритерпеновых 2-нор-2,3-4'(1Н)-хинолонов, девятичленных 2,3-секо-2-кетолактамов и продуктов спиросочленения: (2/?)-3-нор-спиро[2(3')-индолин-2'-она], (25)-3,25-динор-1-метил-спиро[2(3')-индолин-2'-он]-5(10)-ена, (25)-3-нор-

спиро[2(3')-3(Н)-индола] и (35)-2-нор-спиро[3(2')-индолин-3'-она] в результате реакций 2,3-индолотритерпеноидов с озоном и диметилдиоксираном.

Об образовании 3-нор-спиро-[2(3')-индолин-2'-онов] и 3-нор-спиро-[2(3')-3(Н)-индолов] в реакциях индолов другой структуры с озоном ранее не сообщалось.

оксотритерпеноиды. Антидиабетическая активность метилового эфира 2,3-индолобетулиновой кислоты (ингибирование фермента а-глюкозидазы in vitro) оказалась выше, чем у препарата сравнения акарбозы, в 10 раз.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР "Окислительные трансформации тритерпеноидов лупанового, олеананового и урсанового типов (2004-2013 гг.)" Введение

Природные пентациклические тритерпеноиды широко распространены в природе и представляют собой важные матрицы для проведения разнообразных химических трансформаций и получения новых биологически ценных веществ. Известно, что оксифункционализация повышает активность исходного тритерпеноида [4-6]. В связи с этим, окисление как функциональных групп, так и углеродных атомов тритерпенового остова является важным направлением современной органической химии, требующей развития разнообразных подходов и селективных методов процесса окисления.

В данном обзоре мы остановимся на анализе литературных данных по окислению и развитию методов оксифункционализации тритерпеноидов, направленных, прежде всего, для получения новых биологически активных производных. Обзор охватывает литературные источники с 2004 г. по 2013 г..

В указанный период опубликовано десятки обзоров, касающихся различных аспектов химических превращений и фармакологической активности тритерпеноидов, среди которых можно выделить важные [7-32]. В то же время не рассматривались вопросы окислительной химии тритерпеноидов, как, например, в окислении стероидов [33], хотя публикаций по этому направлению достигло почти сотни.

1.1. Окисление тритерпеноидов перекисью водорода, надкислотами и другими перекисными реагентами 1.1.1. Окисление перекисью водорода

Получение тритерпеновых аллильных кетонов достаточно широко изучено с применением таких окислителей, как оксид селена (IV), реагенты хрома (VI). В то же время, аллильное гидроксилирование отражено только в нескольких работах. Так, окисление метилового эфира ацетокиолеаноловой кислоты 1 перекисью водорода (Н2О2) в присутствии пиколината Ре(Ш) привело в качестве основного к 11а-гидроксипроизводному 3 (выход 19%) и побочным продуктам превращения промежуточного 12,13-эпоксида 5: 11-оксо-12-ену 4 (7%) и 12-кетону 6 (9%) [34]. Окисление соединения 1 Н202 в присутствии комплекса Ре'^СЮ^з-пиколиновая кислота проходило с образованием только кетонов 4 (17%) и 6 (39%). Окисление двойной связи в положении С20(29) 3,28-ди-О-ацетилбетулина 2 Н2Ог в присутствии пиколината Ре(Ш) привело к промежуточному эпоксиду 7, который полностью превратился в изомерные альдегиды 8 (15%) и 9 (29%), а в случае присутствия комплекса Ре'"(СЮ4)з - пиколиновая кислота его дальнейшая конверсия незначительна с образованием 8 (5%) и 9 (4%), выход основного эпоксида 7 достигает 37% (схема 1).

а или I)

'СООСН

а пли Ь

'СН,ОАс

'СП,ОЛс

'СИ,ОАс

Схема 1. Условия: а. Ре(РА)3/Н202/СНзСН; Ь. Ре^Ю^з'ЗДзО-РАН-Ру/РЬОг/АсгО-СНзСЫ (РАН-пиколиновая кислота)

Традиционно для окисления ЗР-гидроксильной группы тритерпеноидов используют реактив Джонса, но вследствие его токсичности и тяжести удаления следов металлов, в работе [35] для окисления 3(3-гидроксигруппы олеаноловой кислоты 10 предложена система Н202/Н2\¥04 или Н202/Ыа2\\Ю4 Выход олеаноновой кислоты 11 количественный (81.1-91.4%), но окисление затрагивало частично С12(13)-непредельную связь с образованием аллильного гидропероксида 12, который самопроизвольно распался до продуктов окислительной лактонизации 13 и 14, а также 11-оксо-12-ен-производного 15 (схеме 2).

(СН3)2Ш, 90°С

Реакция метилового эфира 3-гидрокси-2-метоксикарбонил-2(3)-ен-бетулоновой кислоты 16 с хлоридом фенилселинила с последующим окислением Н202 сопровождалась гидроксилированием СН3-группы в положении СЗО (соединения 17 и 19) и частичным элиминированием по кольцу А с образованием метоксикарбониленонов 18 и 19 (схема 3). Окислительный процесс осуществляется за счет первоначального замещения по метальной группе при СЗО до А (схема 4) с последующим окислением до селенооксида В, который перегруппировывается в аллильный селененовый эфир С, гидролизирующийся до 30-гидроксипроизводных 17, 19 [36].

Схема 3.Условия: а. (О РЬБеС!, ру, СН2С12; (п) 30% Н202, СН2С12, 4 °С

Схема 4. Превращение 16 в 17 и 19 под действием РЬ8еС1-Н202

С использованием хлорида фенилселинила и 30% Н202 из экзометилен-3-оксопроизводного 20 синтезирован 1-ен-С(2)-альдегид 21 с выходом 65% (схема 5). Отметим, что З-оксо-1-ен-производные типа 21 продемонстрировали цитотоксичную активность [37].

В качестве стереоспецифичного эпоксидирующего реагента С11(12)-двойной связи 3(3-ацетокси-11(12)-олеанен-13|3,28(3-лактона 22 применяли 30% Н202. В результате реакции получили 11а,12а-эпокси-производное 23, проявившее антиоксидантную и антигипергликемическую активности (схема 6) [38].

Схема 6. Условия: а. 30% Н202, СН3СООН, 48 ч, 74%

Эпоксидирование метилового эфира 1(2)-ен-20(29)-

дигидробетулоновой кислоты 24 30% Н202 проходило стереоспецифично с образованием 1а,2а-эпоксида 25 с высоким выходом, который послужил промежуточным соединением в синтезе 2-метокси-1-ен- и 2-хлоро-1-ен-производных. Хлоропроизводное 26 обладает активностью в отношении рака легких и кожи (ЕО50 = 1.55 - 0.13 р^/тЬ) (схема 7) [36].

Чешскими химиками проведено окисление соединений 27-29 (получение которых с использованием оксида Ru (VIII) описано ниже) перстерилом (коммерческий реагент: 8-16% раствор надуксусной кислоты/уксусная кислота/перекись водорода/серная кислота и вода) в хлороформе (схема 8) [39]. Окисление ненасыщенного кетона 27 привело к основному оксолактону 30 и побочным эпоксидам 31а и 31Ь. Первоначально образующийся эпоксид по СЗ(5)-непредельной связи соединения 27 за счет действия надуксусной и серной кислот подвергается гидролизу и раскрытию эпоксифрагмента с образованием оксолактона 30. При окислении дикетона 28 образуются 3R,5R- и З^ЗЗ-озониды 32 и 33 в соотношении 2:1. Окисление трикетона 29 привело к 5(3-гидроксилактону 34. Стереохимия всех синтезированных соединений установлена на основании двумерных спектров ЯМР.

Схема 8. Условия: а. перстерил ("'ре^епР^раствор СН3СОООН/СН3СООН/ Н202/Н2804/Н20) /СНС13), И

Таким образом, перекись водорода является стереоспецифичным реагентом для эпоксидирования тритерпеноидов, на основе которых получены новые противораковые агенты. В качестве альтернативы получения 3-оксо-тритерпеноидов с использованием реагентов Сг (VI) предложена система Н202/Н2\\Ю4 или Н202/гЫа2\\/04, при этом выход олеаноновой кислоты был количественным (до 91%), но в качестве побочных выделено несколько продуктов окисления С12(13)-непредельной связи с суммарным выходом 7-12%. Перекись водорода с хлоридом фенилселинила использована как а-гидроксилирующий реагент СЗО метильной группы лупанов, а также для окисления спиртовой группы до альдегидной с получением 2-формил-3-оксо-1-ен-производных, обладающих

цитотоксичностью. Имеются данные об использовании Н202 в виде

промышленного отбеливающего продукта "persteril" в синтезе различных А-оксифункционализированных производных аллобетулина.

1.1.2. Окисление льхлорпербензойной кислотой

./и-Хлорпербензойная кислота (w-CPBA) является сильным окислителем, сопоставимым с другими перкислотами, но во многих реакциях органического синтеза это более избирательный и селективный реагент по сравнению, например, с перекисью водорода и надкислотами. В многочисленных публикациях XX века w-CPBA активно применялась �