Стероидные нитрилоксиды и циклоаддукты в синтезе биологически важных природных стероидов и их аналогов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

РГБ (М

УДК 547.92.057

» Г г -ш • ■

ПАВЛОВСКИЙ НИКОЛАЙ ДМИТРИЕВИЧ

Стероидные нитрилоксиды и циклоаддукты в синтезе биологически важных природных стероидов и их аналогов

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

МИНСК 2000

Работа выполнена в Институте биоорганической химии Национальной Академии наук Беларуси.

Научные руководители:

член-корреспондент НАНБ доктор химических наук профессор Хрипач В.А.,

кандидат химических наук ведущий научный сотрудник Жабинский В.Н.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Кабердин Р.В. кандидат химических наук Рубинов Д.Б.

Оппонирующая организация - Белорусский государственный

университет

Защита состоится " " ^У 2000г. в " "часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 01.21.01 при Институте биоорганической химии НАНБ по адресу: 220141, г.Минск, ул.Купревича, 5/2, тел. 264-85-63.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИБОХ НАНБ. Автореферат разослан" " 2000г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций

кандидат химических наук Н.М.Литвинко

Г2ЙЗ,-// О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Изучение стероидных соединений, содержащих боковую цепь с функциональными заместителями, выявило большую группу стероидов, играющих важную роль в регулировании процессов жизнедеятельности человека и животных. В последнее время эта группа значительно расширилась за счет ряда полиоксистероидов со сложнофункционализированными боковыми цепями, таких как гормоны растений -брассиностероиды, метаболиты витамина Б, гормоны линьки насекомых (экдизоны), стерины морских организмов и другие. Структура боковой цепи этих соединений в значительной степени определяет тип и уровень их биологической активности. Учитывая малую доступность такого рода соединений, их систематическое изучение возможно только при наличии достаточно эффективных методов их химического синтеза. Особую сложность представляет проблема построения полифункционализированных цепей, содержащих несколько хиральных центров. С решением этой проблемы тесно связаны возможности практического использования стероидных биорегуляторов, природные источники которых крайне ограничены. В этой связи разработка новых препаративных методов регио- и стереоизбирательного построения боковых цепей стероидов представляет собой актуальную задачу, имеющую большое научное и практическое значение.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских программ: "Оргсинтез" по теме "Разработка методов направленного регио- и стереоселективного синтеза стероидов, простаноидов, феромонов (кайромонов) насекомых, других биоактивных веществ и их синтонов на основе производных 1,3-дикетонов, продуктов нитрилоксидного синтеза и элементоорганических соединений" (1991-1995 гг., № ГР 19941416); с 1996 г "Биооргсинтез" по теме "Разработка методов синтеза и структурной модификации природных стероидов, их аналогов и других биоактивных соединений с комплексом ценных свойств для сельского хозяйства и медицины" (№ ГР 19961094), научного гранта Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь (1995-1999 гг, № ГР 996307, проект № Б9б-185).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка методов синтеза стероидов, содержащих изоксазольный или изоксазолиновый фрагменты в боковой цепи, и формирование на основе полученных гетероциклических интермедиатов производных с набором функциональных группировок, характерных для брассиностероидов и витаминов Б.

Объект и предмет исследования. Объектом настоящего исследования являются производные стероидов, содержащие полифункционализированную боковую цепь. Разработка методов синтеза соединений, составляющих объект исследования, представляет собой предмет настоящего исследования. Предметом исследования являются также реакции 1,3-диполярного нитрилоксидного циклоприсоединения, реакции восстановительного расщепления получаемых

г

гетероциклов н их последующая трансформация в соединения, содержащие в боковой цепи необходимую функциональность.

Гипотеза. Создание нитрилоксидного подхода, основанного на реашши 1,3-диполярного циклоприсоединения низкомолекулярной окиси нитрила к терминальным стероидным ацетиленам и олефинам, внесло значительный вклад в методологию построения боковых цепей стероидов, как развернутых, так и содержащих гетероциклический фрагмент. В работе предложен и осуществлен альтернативный путь к решению проблемы, заключающийся в том, что для реакции циклоприсоединения могут быть использованы низкомолекулярные алкены и апкины и стероидные нитрилоксиды. Осуществление этого подхода открыло новые возможности в синтезе боковых цепей, имеющих кислородсодержащие группировки при атомах С22, С23, С25, и обеспечивает выход к новым производным стероидов.

Методология и методы проведённого исследования. В методологическом отношении настоящее исследование является комбинацией известных и разработанных автором методов решения поставленной задачи. Значительное внимание в работе уделено нитрилоксидному подходу. Он лежит в основе получения интермедиатов синтеза БС, витаминов Б, производных, содержащих фурановый гетероцикл в боковой цепи. Из числа методов, представленных в настоящей работе, можно выделить новый подход к получению ключевых интермедиатов синтеза брассинолида - Дн-22-кетонов и Д23-22-гидроксипроизводных. Методы проведенного исследования включают реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, восстановительного расщепления полученных циклоаддукгов, реакции получения и раскрытия эпоксидов, реакции с участием металлоорганических реагентов. Для выделения и очистки получе'нных соединений использовались методы перекристаллизации, тонкослойной и колоночной хроматографии. Установление структуры синтезированных соединений проводилось методами ЯМР, ИК, масс- спектроскопии, РСА.

Научная новизна полученных результатов.

Впервые синтезирован стероидный С23-нитрилоксид, не содержащий при С22 функциональных группировок. С использованием реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения С23-нитрилоксида к низкомолекулярным диполярофилам получены циклоаддукты, трансформация которых привела к 23-енамино-25-кетонам - потенциальным интермедиатам в синтезе витаминов О.

Разработан новый подход к получению 25-гидрокси-23-кетонов -потенциальных интермедиатов в построении боковых цепей метаболитов витамина Б3 и их аналогов, функционализированных по С23, основанный на трансформациях 22-изоксазолинклстероидов, образующихся при 1,3-диполярном

циклоприсоединении окиси ацетонитрнпа к Д"-стероидным олефинам.

Разработан новый способ получения ключевых интермедиатов в синтезе брассинолида - Д23-22-кетонов и Д23-22-гидроксипроизводных с использованием

стероидных С22-нитрилоксидов и низкомолекулярных диполярофилов пропаргилбромида и аллилбромида. Осуществлена трансформация полученных 20-изоксазолилстероидов в соединения, содержащие боковую цепь с Я-конфигурацией центра С20.

Обнаружено необычное протекание реакции восстановительного расщепления бромметиленизоксазолннов, приводящее к образованию пирролов, а не Р-кетолов.

Впервые с использованием С22-стероидных нитрилоксидов синтезированы соединения, содержащие боковую цепь брассинолида - (208,22К,23К,243)-6р-метокси-За,5-цикло-24-метил-5а-холест-22,23-диол - ключевой интермедиат синтеза брассинолида и (22К,23К,243)-24-метил-5а-холест-Зр,ба,22,23-тетраол -биосинтетический предшественник брассинолида.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов состоит в: а) осуществлении синтеза новой группы аналогов стероидов - стероидных С23-нитрилоксидов и потенциальных интермедиатов в построении боковых цепей метаболитов витаминов Г) и их аналогов - 22-изоксазолилстероидов; б) получении производных, содержащих в боковой цепи, гидроксильную группу при С25, характерную для метаболитов витамина Б3, а также кетогруппу при С23, что дает возможность получения 23,25-дигидроксипроизводных витамина Б3, проявляющих высокую антипролиферативную активность; в) разработке нового подхода к синтезу Дн-22-кетонов и Д23-22-гидроксипроизводных - ключевых интермедиатов в синтезе гормона роста растений- брассинолида.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

Синтез и использование в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения к низкомолекулярным диполярофилам стероидного С2'-нитрилоксида, нефункционализированного по С22, что позволило получить 23-енамино-25-кетоны - потенциальные интермедиа™ в синтезе витаминов О и их аналогов, функционализированных по С23.

Синтез 23-оксо-25-гядроксипроизводного - потенциального интермедиата в синтезе метаболитов витаминов Б и их аналогов, в результате трансформации 22-изоксазолин-5'-ил-стероида, образующегося при 1,3-диполярном циклоприсоединении окиси ацетонитрила к Д23-стероидному олефину.

Методы построения боковой цепи брассинолида с использованием в качестве интермедиатов 20-изоксазолилстероидов и 20-изоксазолинилстероидов, полученных циклоприсоединением С22-нитрилоксида к пропаргилбромиду и аллилбромиду.

Синтез биосинтетического предшественника брассинолида - (2211,2311,243)-24-метил-5а-холест-Зр,ба,22,23-тетраола и (203,22к,23л,243)-бр-метокси-3а,5-цикло-24-метил-5а-холест-22,23-диола - ключевого интермедиата в синтезе брассинолида, содержащих боковую цепь брассинолида.

з

Личный вклад соискателя состоит в проведении экспериментальной работы, в осуществлении теоретического и практического поиска путей достижения цели, в интерпретации результатов и подготовке материалов для научных публикаций на основе исследований, проведенных в лаборатории химии стероидов ИБОХ НАНБ под руководством д.х.н., профессора Хрипача В.Н. и к.х.н., в.н.с. Жабинского В.Н. Физико-химические исследования синтезированных соединений выполнены в лаборатории физико-химических методов анализа под руководством к.х.н. Гарбуза Н.И., рентгеноструктурные исследования выполнены к.х.н. Ляховым A.C.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации представлены на XVII Конференции по йзопреноидам (Краков, 1997), IV Международной конференции 'Тегуляторы роста и развития растений" (Москва, 1997), Международной конференции по природным продуктам и физиологически активным соединениям (Новосибирск, 1998), ХП Международной конференции по органическому синтезу (Венеция, 1998), Первой республиканской конференции по органической химии "Органическая химия Беларуси на рубеже XXI века " (Минск, 1999), 1-ой Всероссийской конференции по химии гетероциклов памяти А.Н. Коста (Суздаль, 2000).

Опубликованиость результатов. По теме диссертации опубликовано три статьи и семь тезисов докладов. Общее количество опубликованных материалов составляет 22 страницы.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, трёх глав, выводов и списка литературы, включающего 175 наименований.

В первой главе приведены литературные данные по регио- и стереохимии реакций межмолекулярного и ' внутримолекулярного 1,3-диполярного нитрилоксидного циклоприсоединения.

Во второй главе изложены полученные по теме диссертации результаты и их обсуждение. При этом рассматриваются способы получения интермедиатов синтеза витаминов D и боковых цепей брассиностероидов с использованием нитрилоксидного подхода.

Третья глава представляет собой экспериментальную часть исследования, в которой изложены методики синтеза соединений, способы выделения и анализа, а также физико-химические характеристики продуктов изученных реакций.

Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 25 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.1. СИНТЕЗ СТЕРОИДНЫХ 23-ЕНАМИНО-25-КЕТОНОВ [1,5]

С целью выхода к соединениям с боковой цепью метаболитов витаминов Б, прежде всего функционализированным по С23 и С25, изучена реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения С2,-стероидного нитрилоксида к низкомолекулярным ацетиленам - пропаргилбромиду и пропаргиловому спирту (схемы 3,4). Енаминокетоны 11 и 17 рассматривались нами в качестве ключевых полупродуктов для синтеза данных соединений.

В качестве исходного соединения для получения С23-нитрилоксида был взят доступный стигмасгерин 1. Тозилирование стигмастерина, ¡-стероидная перегруппировка и последующий озонолиз привели к С22-альдегиду 2 (схема 1).

Схема 1.

Восстановление альдегида 2 алюмогидридом лития дало спирт 3. Необходимо отметить, что использование ЫаВН, в данном случае для проведения реакции восстановления неприелемо, так как в этих условиях происходит эпимеризация по центру С20, вызываемая енолизацией карбонильной группы. Далее спирт 3 действием тозилхлорида был превращен в тозилат 4. Нитрил 5 был получен в результате реакции нуклеофильного замещения тозильной группы на цианид-ион. Восстановление нитрила диизобутилалюмогидридом дало С2,-альдегид б (схема 2).

Схема 2.

Полученный альдегид б был превращен в смесь син- и анти-оксимов 7. Генирирование (^'-нитрилоксида 8 достигалось в результате последовательных стадий хлорирования оксима 7 и дегидрогалогенирования образующегося хлорангидрида гидроксамовой кислоты под действием триэтиламина (схема 3).

у* /ИСЭ.Е^ Г * 83%

чо

/ Нз.Ш-Яапеу

ОН

72%

10

й, П

14 Х-82 (53%)

15 Х=Ас (77%)

13 ХчАс^—1

Схема 3.

При попытке выделить в свободном состоянии окись нитрила 8 единственным продуктом, выделенным из реакционной смеси при проведении реакции без диполярофила, был продукт димеризации С23-нитрилоксида • фуроксан 9 (в отличии от диоксадиазина, образующегося из С22-нитрилоксида при аналогичных условиях). Полученные результаты свидетельствуют, что С23-нитрилоксидная группа пространственно не затруднена, что обуславливает её высокую реакционную способность по сравнению с гомологичным С22-нитрилоксидом, который был выделен в свободном виде и охарактеризован. Структура фуроксана 9, содержащего два стероидных фрагмента, находится в соответствии с его спектральными характеристиками. Спектр ПМР соединения 9 содержит ряд удвоенных или уширенных сигналов. Так, сигналы 18-метильной группы представлены синглетами с 5 0.74 и 5 0.76 м.д.

Циклоприсоединение С2}-нитрилоксида к пропаргилбромиду протекает региоизбирательноно, при этом образуется изоксазол 10 в качестве единственного продукта реакции. Изоксазол выделяли из реакционной смеси, содержащей также следовые количества фуроксана 9, сукцинимид и избыток диполярофила, при помощи колоночной хроматографии на силикагеле. С целью оптимизации условий получения изоксазолов были изучены различные варианты проведения реакции циклоприсоединения. Весьма существенным условием является поддержание концентрации окиси нитрила 8 на возможно более низком уровне для предотвращения реакции димеризации, что препятствует накоплению в реакционной смеси побочного фуроксана 9. Кроме этого, для этой же цели следует использовать избыток диполярофила. В результате восстановительного расщепления гетероцикла, протекающего одновременно с дебромированием, образуется енаминокетон 11. Попытки присоединения метиллития по кетогруппе енаминокетона 11 оказались безуспешными вследствие блокирующего действия

аминогруппы енаминокетона. Присоединение металлития оказалось возможным после защиты аминогруппы путем её ацилироания хлорангидридами бензойной или уксусной кислот в пиридине. Образующиеся амиды 12 и 13 вступали в реакцию с металлитием с образованием спиртов 14 и 15 соответственно. .

Циклоприсоединение пропаргилового спирта к окиси нитрила 8 (схема 4) протекало репное елективно, при этом образовывался гидроксиизоксазол 16 в качестве единственного продукта.

Схема 4.

Гидрирование кюксазопа 16 на. кнкепе Ренея вело к обргзовгиию енаминокетола 17, нагревание которого в уксусной кислоте приводило к замыканию боковой цепи в фуранон 18. При этом одновременно с образованием фуранона протекала реакция в циклической части молекулы, приводящая к формированию Зр-ацетокси-Д'-фрагмента. Таким образом с использованием стероидных нитрилоксидов получены соединения 14,15 и 18, содержащие набор функциональных группировок, позволяющих осуществить построение боковой цепи аналогов и метаболитов витаминов О.

1.2. НИТРИЛОКСИДНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ БОКОВОЙ ЦЕПИ МЕТАБОЛИТОВ ВИТАМИНА Б, И ИХ АНАЛОГОВ, ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ ПО С23 [3,9]

Обнаружение в восьмидесятых годах антипролиферативной активности для 1(х,25-дигидроксивитамиаО) вызвало бурный всплеск работ по поиску соединений аналогичной структуры, перспективных в качестве противоопухолевых препаратов. Наилучшие результаты на сегодняшний день получены для соединений, содержащих модифицированную боковую цепь и неизмененные триеновую

систему и цикл А. С целью выхода к соединениям с такого рода боковыми цепями был изучен подход с использованием нитрилоксидов.

Этот подход использует для создания боковой цепи реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения между стероидным олефином 19 и окисью ацетонитрила. Д23-олефин 19 был получен с использованием реакции Биттига из С"-альдегида б. (схема 5).

Схема 5.

Реакция циклоприсоединения алкена 19 и ацетонитрилоксида протекала региоселективно, в результате образуется смесь эпимерных по С21 изоксазолинов 20. Их соотношение, равное 1:1, определялось по величинам интегральной интенсивности сигналов С18 протонов с 5 0.72 и б 0.75 м.д., что свидетельствует о значительном ослаблении влияния циклической части стероидной молекулы на стереоселективность протекания реакции по сравнению с гомологичным Д22-стероидным олефином.

Скрытая функциональность гетероцикла была реализована восстановительным расщеплением изоксазолинов на никеле Ренея, что привело к образованию эпимерных по С23 р-кетолов 21.

Последующее присоединение метиллития (схема б) по карбонильной группе дало Р-диолы 22. Окисление диолов окисью хрома в пиридине привело к образованию Р-кетола 23. Соединение 23, благодаря наличию гидроксильной группы при С25, характерной для производных витамина и кетогруппы при С23, может служить интермедиатом в синтезе 23,25-дигидроксипроизводных витамина Бз, обладающих высокой антипролиферативной активностью.

1.3. СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ БРАССИНОСТЕРОИДОВ ЧЕРЕЗ С22 -НИТРИЛОКСИДЫ [2,4,6,7,8,10]

Д23-22-Кетоны и доступные в результате их гидридного восстановления Д23-22-гидроксипроизводные являются ключевыми интермедиатами в синтезе брассинолида.

Нами изучено получение такого рода соединений с использованием реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения стероидных нитрилоксидов и низкомолекулярных диполярофилов.

В первом подходе для получения Д23-22-кетонов была использована реакция между С22-нитрилоксидом 25 и пропаргилбромидом (схема 7). В качестве исходного соединения для синтеза нитрилоксида 25 был использован С22-альдегид 2. Обработка его гидрохлоридом пщроксиламина в пиридине дала оксим 24. Хотя нитрилоксид 25 может быть выделен в свободном состоянии, лучшие результаты дабт его использование ¡п в следующей стадии 1,3-диполярного

циклоприсоединения к пропаргилбромиду. В результате реакции в качестве единственного продукта выделен изоксазол 26. Раскрытие бромизоксазола 26 и одновременное дебромирование достигалось действием борида никеля.

25 28 а7% I— 27Х=Н

87Уо I—^ 28 Х-Вг

Схема 7.

Известно, что реакции с участием производных, содержащих гетероцикл в боковой цепи, могут приводить не только к_частичной изомеризации по С20, но и к полному обращению конфигурации этого центра. Раскрытие изоксазола 26 протекает в условиях, которые могут вызвать эпимеризацию, поэтому для решения вопроса о стереохимии центра С20 был использован рентгеноструктурный анализ, как наиболее надёжный и радикальный способ решения данного вопроса. Для получения кристаллизующегося производного енаминокетон 27 действием бензоилхлорида в пиридине был превращён в бензамид 28. Абсолютная конфигурация центра С20 в бензамиде 28 была установлена методом РСА.

0(6) <

¿14) С(3>]

С19Ч [С(1>

С (2)^

„С(Ю) ГС02)

^129кЛС130)

0(27)

С(28),

С(27)\ ^С120) ^N1221

Х(31) .С132)

'С(ЗЗ)

:(2зг

>0124)

С(25).

Рис.1. Геометрия молекулы (205)-22-бензамидо-бр-метокси-Зоц5-цикло-5а-26,27-биснорхолест-22-ен-24-она 28 (внутримолекулярная водородная связь показана пунктирной линией).

Полученные результаты позволяют заключить, что конфигурации асимметрического центра боковой цепи изученного соединения С20 - (5). Таким образом, проведенные исследования показали, что при генерировании С20-окиси нитрила, получении из нее изоксазолов и их последующем раскрытии конфигурация метальной группы при С20 не изменяется. Последнее является необходимым условием для использования С22-нитрилоксидов в синтезе стероидов с полифункциональной боковой цепью и природной конфигурацией заместителя при С20. Взаимодействие бензамида 28 с изопропилмагнийхлоридом (схема 8) дало спирт 29.

Схема 8.

Под действием уксусной кислоты в водном 1,3-диоксанс протекала дегидратация спирта 29 с одновременным гидролизом амидной группировки и эпимеризацией по С20 с образованием енонов 30 и 31 в соотношении 2:1 (отношение определялось по величинам интегральной интенсивности* сигналов протонов при С28 с8 2.08 м.д. и 1.71м.д.). Структура енонов установлена на основе данньк спектров ПМР этих соединений: в ПМР спектре сопряженного енона 30 содержатся однопротонный синглет винильного протона с 6 6.13 м.д. и

трехпротонный синглет протонов при С28 с 8 2.08 м.д., в то время как ПМР спектр несопряженного енона 31 содержит дублет протонов при С23 с 5 3.25 м.д., шестипротонный синглет протонов при С26 и Слс 5 1.66 м.д., трехпротонный синглет протонов при С28 с 5 1.71 м.д. Структура енона 31 подтверждается данными спектра ЯМР С13, содержащего девять сигналов вторичных атомов углерода, четырнадцать сигналов первичных и третичных атомов углерода, сигнал карбонильного углерода с 5 212.9 м.д., сигналы углеродных атомов при двойной связи с 5 121.1 м.д. и 128.4 м.д. Сравнение данных спектра ПМР енона 30 с литературными данными спектра ПМР аналогичного енона с Э-конфигурацией центра С20 обнаруживает некоторые различия в химсдвигах сигналов отдельных протонов. Так, сигнал винильного протона с 5 6.13 м.д. находится в более слабом поле в сравнении с литературными данными (6.06 м.д.), а сигналы протонов при С" сдвинуты в более сильное поле с 5 0.98 м.д., в то время как в литературе указан химсдвиг для этих протонов равный 1.02 м.д. Эти данные указывают на то, что одновременно с гидролизом амидной группировки и дегидратацией происходит "процесс эпимеризации по С20. Образование в результате гидролиза спирта 29 енонов только с Я-конфигурацией центра С20 может быть использовано для получения соединений, содержащих боковые цепи с неприродной конфигурацией метальной группы при С25.

В следующей части работы была изучена возможность получения из енаминокетона 27 Дг'-22-кетонов 34, 37, которые представляют интерес как интермедиаты в синтезе брассинолида. Для получения этих соединений бензамид 28 подвергали натрийборгидридному восстановлению' в смеси зтилацетата и метанола (схема 9).

N82

27 Х=Н 35 Х«Ае<—I

Схема 9.

Образующиеся при этом спирты из реакционной смеси не выделялся в свободном виде, а были подвергнуты дальнейшим превращениям после соответствующей обработки реакционной смеси (нейтрализация, экстракция). Кислотный гидролиз и дегидратация протекали в растворе концентрированной уксусной кислоты, что приводило к образованию смеси эпимерных по С20 енонов 33 и 34. Следует отметить, что эпимеризация происходит на стадиии дегидратации спирта, а не на стадии гидролиза. Подтверждением этого является выделение из реакционной смеси соединения 32, которое получено как смесь 20(8)- и 20(11)-эпимеров в соотношении 2:1 (отношение определялось по величинам интегральной интенсивности сигналов протонов при С18 с 5 0.73 м.д. и 0.65 м.д.).

Последующий гидролиз соединения 32 не приводит к изменению соотношения изомеров. Кислотный гидролиз спирта, полученного из ацетамида 35 протекает легче, в более мягких условиях и позволяет получать еноны 36 и 37 с сумарным выходом 50%. Спектры ПМР соединений 36 и 37 содержат дублет дублета протона при Сгз с 6 6.20 м.д. и 6.17 м.д., соответственно, мультиплет протона при С24 с 6 6.82-7.00 м.д. и 6.80-6.98 м.д., наряду с сигналами остальных фрагментов молекулы. Сигнал протонов при С13 енона 37 находится в более слабом поле с 5 0.76 м.д., в то время как протоны при С18 эпимерного енона 36 проявляются в более сильном поле с 5 0.71 м.д. КССВ протонов при С23 и С24, равная 16 Гц, свидетельствует о наличии в молекулах 36 и 37 двойной связи с транс-конфигурацией, что обеспечивает возможность использования енонов 37 и 36 для построения боковой цепи брассинолида и его (20Я)-изомера.

Во втором подходе к получению А23- 22 -кетонов был исследован путь, основанный на реакции циклоприсоединения нитрилоксида 25 с аллилбромидом (схема 10).

N-0

о он

о

40

41

37

Схема 10.

Циклоприсоединенке С20-окиси нитрила к аллилбромиду протекает региоселективно с образованием бромизоксазолина 38 в виде смеси эпимеров по С24 в отношении 1:1 (отношение определялось по величинам интегральной интенсивности сигналов протонов при С21 с 5 1.15 м.д. и 1.17 м.д.). Попытка реализовать скрытую функциональность изоксазолина 38 гидрированием на никеле Ренея привела к образованию пиррола 39.

Образование пиррола 39 при гидрировании бромизоксазолина 38 на никеле Ренея обусловлено, скорее всего, протеканием внутримолекулярного замещения с участием "соседней группы".

Образующаяся при гидрировании связи N-O иминогруппа выступает как нуклеофил, участвуя в замещении бромид-иона у С23, что приводит к замыканию гетероцикла. Последующие протонирование гидроксигруппы и дегидратация приводят к образованию ароматической системы (схема 11).

Для устранения участия соседней группы в реакции раскрытия изоксазолинового цикла, бромизоксазолин 38 был подвергнут дебромированию действием трибутилоловогидр'идом и получен изоксазолин 40. В спектре ПМР соединения 40 характерно наличие трехпротонного дублета протонов при С25 с 5 1.15 м.д. и сигналов протонов при С11 с 5 1.27 м.д. и 1.29 м.д. Восстановительное расщепление изоксазолина 40 приводило к образованию р-кетола 41. Спектр ПМР кетола 41 содержит мультиплет протонов при С24 с 5 4.06- 4.22 м.д., мультиплет протонов при С23 с 5 2.44 - 2.60 м.д., а в ИК спектре имеется интенсивная полоса валентных колебаний связи С=0 при 1730 см"1. Дегидратация р-кетола 41 в енон 37 достигнута обработкой его мезилхлоридом в пиридине при комнатной температуре. При этом с выходом свыше 95% выделен енон 37, последующее восстановление енона (схема 12) алюмогидридом лития приводило к образованию эпимерных по С23 аллильных спиртов 42 и 43, соотношение которых (примерно 1:1) практически не зависело от температуры проведения реакции.

Схема 11.

37

42 (45%)

43(36%)

тСРВА 93% (6:4)

ОН

ОН

ОН

44

45

46 (22%) (56%)

Схема 12.

Изомерные спирты достаточно сильно различаются по хроматографической подвижности, что дало возможность выделения их в свободном виде с помощью колоночной хроматографии на силикагеле.

Эпоксидирование аллильного спирта 42 мета-хлорнадбензойной кислотой в хлористом метилене приводило к образованию неразделимой смеси эпоксидов 44 и 45 в отношении 6:4 (отношение определялось по величинам интегральной интенсивности сигналов протонов при С22 с 5 3.88 м.д. и 3.63 м.д.).

Для формирования боковой цепи брассинолида полученную смесь эпоксидов 44 и 45 подвергали раскрытию действием изопропилмагнийхлорида в присутствии цианида меди (Г) как катализатора. После завершения реакции и обработки реакционной смеси, с помощью колоночной хроматографии были выделены неизмененный эпоксид 44 и продукт раскрытия эпоксидного цикла соединения 45 • диол 46. В спектре ПМР диола появляется шестипротонный дублет протонов при С24 и С27, а также дублеты протонов при С52 и С23 с 5 3.74 м.д. и 3.57 м.д.

Соединение 46 содержит полностью сформированную боковую цепь, характерную для 28С-брассиностероидов, и может бьггь использовано для их синтеза с использованием известных методов. Принимая во внимание, что синтез брассинолида (и кастастерона) уже осуществлен в лаборатории химии стероидов ИБОХ НАНБ, интерес представляло получение некоторых родственных производных, которые могут быть биосинтетическими предшественниками брассинолида. Так, один из путей биосинтеза брассинолида включает образование из кампестерина ба-гидроксикампестерина и теастерина.

Перед осуществлением трансформации циклической части молекулы 46 диольная группировка боковой цепи была защищена переводом в сложноэфирную путем ацилирования уксусным ангидридом в пиридине (схема 13). Кипячение в уксусной кислоте д и ацетата 47 приводило к формированию ЗР-ацетоксигруппировки и Д3-связи в циклической части молекулы, что подтверждается появлением в спектре ПМР триацета 48 синглета протонов ЗР-ацетоксигруппы с 8 2.04 м.д., дублета протона при С6 с 5 5.36 м.д., мультиплета протона при С3с 8 4.50-4.68 м.д.

Схема 13.

Гидроборирование-окисление двойной связи в цикле В приводило к формированию гидроксильной группы в ба-положении, а в результате последующего гидролиза сложноэфирных группировок образовывался тетраол 49.

Таким образом, выполненное исследование свидетельствует о больших возможностях нитрилоксидного подхода и получаемых при его использовании ключевых интермедиатов - изоксазолов и 2-изоксазолинов в формировании боковых цепей ряда природных полиоксистероидов и их аналогов. Очевидно, что перечень таких соединений не исчерпывается рассмотренными примерами и может быть в дальнейшем значительно расширен за счет использования новых диполярофилов и нитрилоксидов, в том числе содержащих различные функциональные заместители.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впервые синтезирован С23-стероидный нитрилоксид, не содержащий функциональных группировок при С22. Трансформацией аддуктов, полученных при циклоприсоединении С23-стероидного нитрилоксида к пропаргилбромиду и пропаргиловому спирту, получены 23-енамино-25-кетоны - потенциальные интермедиаты в синтезе витаминов D [1,5].

2. Синтезирован 22-изоксазолинил-5'-илстероид, в результате трансформации которого получено производное, содержащее гидроксильную фуппу при С25, характерную для метаболитов витамина D}, а также кетогруппу при С23, позволяющую проводить ряд трансформаций по данному положению [3,9].

3. Разработаны различные варианты получения А23-22-кетонов и А13-22-гидроксипроизводных, являющихся ключевыми интермедиатами в синтезе брассинолида, основанные на реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения С22-стероидных нитрилоксидов к пропаргилбромиду и аллилбромиду. Осуществлена трансформация полученных 20-изоксазолилстероидов в соединения, содержащие боковую цепь с R-конфигурацией центра С29 [2,4,6,7,8].

4. Обнаружено необычное протекание реакции восстановительного расщепления 20-[5'-(бромметилен)изоксазолин-3'-ил]-стероидов, приводящее к образованию пирролов, а не ß-кетолов [10].

5. Осуществлен синтез (20S,22R,23R,24S)-6ß-MeTOKCH-3a,5-4HKno-24-Menin-5a-холест-22,23-диола - полупродукта в химическом синтезе брассинолида и (22К,23Н,243)-24-метил-5а-холест-Зр,ба,22,23-тетраола - биосинтетического предшественника брассинолида с использованием С22-стероидного нитрилоксида [8].

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Статьи:

1. Хрипач В.А., Жабинский В.Н., Павловский Н.Д. Синтез стероидных 23-енамино-25-кетонов - потенциальных интермедиатов для получения витаминов D и их аналогов // Журн. орг. химии. -1998. Т. 34, вып. 1. - С. 59-63.

2. Синтез и рентгеноструктурное исследование (20Л)-22-бензамидо-6ß-метокси-За,5-цикло-5а-2б,27-биснорхолест-22-ен-24-она / В.А.Хрипач, В.Н.Жабинский, Н.Д.Павловский, A.C.Ляхов, А.А.Говорова // Биоорганическая химия - 1998.- Т. 24, N.11.- С. 856-861.

3. Хрипач В.А., Жабинский В.Н., Павловский Н.Д. Нитрилоксидный подход к построению боковой цепи метаболитов витамина D3 и их аналогов, функционализированных по C2J // Журн. орг. химии. - 1999. -Т. 35, вып. 3. С. 369-371.

Тезисы:

4. Павловский Н.Д., Хрипач В.А., Жабинский В.Н. Новый метод получения Д"-22-кеггонов - ключевых интермедиатов в синтезе брассинолида // Регуляторы роста и развития растений: Тез. докл. науч. конф., Москва, 24-26 июня 1997 г. / Московская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева. - Москва,-1997. - С. 58.

5. Khripach V., Zhabinskii N.. Pavlovskii N. Synthesis of 23-enamino-25-ketones -potential intermediates for preparation of vitamin D analogues // 17 th Conf. on isoprenoids: Book of Abstracts, sept. 21-26.- Krakow, 1997. - P. 82.

6. Zhabinskii V.N., Pavlovskii N.D., Khripach V.A. A new synthetic approach to brassinolide and its synthetic precursors // 12th Int. conf. on organic synthesis: Book of Abstracts, June 28 - July 2, 1998/ Venezia, Italy.- 1998. - P. 584.

7. Khripach V.A., Zhabinskii V.N., Pavlovskii N.D. A new approach to brassinolide and its biosynthetic precursors // Int. conf. on natural products and physiologically active substances: Book of Abstracts, Dec. 1-4 1998/ Novosibirsk Institute of Organic Chemistry.-Novosibirsk, 1998. - P. 94.

8. Павловский Н.Д., Жабинский B.H., Хрипач B.A. Построение боковых цепей брассиностероидов через 20-изоксазолинилстероиды // "Органическая химия Беларуси на рубеже XXI века": Материалы Первой республиканской конференции. - Минск. - 1999. - С. 90.

9. Павловский Н.Д., Жабинский В.Н., Хрипач В.А. Нитрилоксидный подход к синтезу 25-гидрокси-23-кетонов - метаболитов витамина D3 // "Органическая химия Беларуси на рубеже XXI века": Материалы Первой республиканской конференции. - Минск. - 1999. - С. 91.

Ю.Жабинский В.Н., Павловский Н.Д., Хрипач В.А. Новый подход к синтезу пирролов // 1-ая Всероссийская конференция по химии гетероциклов. Тез. докл. - Суздаль, 2000. - С. 180.

РЕЗЮМЕ Павловский Николай Дмитриевич

Стероидные нитрилоксиды и циклоаддукты в синтезе биологически важных природных стероидов и их аналогов

Ключевые слова: нитрилоксид, диполярофил, 1,3-диполярное нитрнпоксидное циклоприсоединение, изоксазолы, изоксазолины,

брассиностероиды.

Объектом исследования являются стероидные нитрилоксиды, а также стероиды, содержащие гетероцикл в боковой цепи. Цель работы заключалась в разработке новых методов синтеза боковых цепей брассинолида и метаболитов витамина D3 и их аналогов с использованием нитрилоксидного подхода.

ie

Основными результатами работы являются: новые методы синтеза Д"-22-кетонов и Д:з-22-гидроксипроизводных - ключевых интермедиатов в синтезе брассинолида; впервые получены стероиды, содержащие при С23 нитрилоксидную группировку. Изучена реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения С23-нитрилоксидов и дальнейшая трансформация полученных циклоаддуктов в производные с открытой полифункционализированной боковой цепью; показана возможность эффективной трансформации получаемых гидроксиизоксазолов в производные, содержащие фураноновый фрагмент.

Для установления структуры полученных соединений и контроля за протеканием реакций использовались методы *Н и 13С-ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии, масс-спектроскопии, тонкослойной и колоночной хроматографии.

РЭЗЮМЕ

Па^ло^сш М1калай Дзмпрыев1ч

Стэрощныя штрылаксщы i ix цыклаадукты у антэзе б1ялапчна значных прыродных

стэроща^ i ix аналага^.

Ключавыя словы: нпрылаксхд, дыпалярофш, 1,3-дыпалярнае нпрылаксщнае цыкладалучэнне, ¡заксазолы, ¡заксазалшы, брассшастэрощы.

Аб'ектам даследавання з'яуляюцца стэрощныя нытрыпаксщы i стэрощы, ядо маюць гетэрацыкл у бакавым ланцугу. Мэтай работы была распрацоука новых метадау антэзу бакавых ланцугоу брасшастэроедаэ i метабалгту втшшау D i ix аналагау з выкарыстаннем нпрылаксщнага падыходу.

Асноуньм вышкам! з'яуляюцца: новыя метады атрымання Д23-22-кетонау i Д23-22-гщрокс1Вьпворных - ключавых прамежкавых злучэнняу у антэзе брасшалщу, упершыню атрыманы стэрощы, яюя маюць нпрылаксщную групоуку у бакавым ланцугу пры С23; вьшучана рэакцыя 1,3-дыпалярнага цыкладалучэння стэрощных штрылаксщау i далейшая трансфармацыя атрыманых цыклаадуктау у злучэнш з ад крытым псмпфункцыянашзаваным бакавым л ан цугом; паказана магчымасць эфектырнай трансфармацьи атрымлшаемых пдроксизаксазолау у вытворныя з фуранонавым фрагментам.

Для выяулення структуры атрыманных злучэнняу i кантролю за працяканнем рэакцый выкарыстоувалкя метады *Н i 13С-ЛМР-спектраскапИ, 14- cneicrpacKanii, масс-спектраметрьп, танкаслойнай i калоначнай храматаграфи.

Summary

Nikolai D. Pavlovskii

Key words: nitrile oxide, dipolarophyle, 1,3-dipolar nitrile oxide cycloaddition, isoxazoles, isoxasolines, brassinosteroids.

The objects investigation are of the steroidal nitrile oxides and steroids containing a heterocycle in a side chain. The goal of investigation consisted in elaboration of new methods for the synthesis of side chain of brassinosteroids and vitamins D using

nitrilooxides approach.

The most important results of the investigation are the development of new methods for the synthesis of A23-22-ketones and A33-22-hydroxy derivatives. New steroids containing a C23-nitrile oxide fonction in a side chain have been prepared. The 1,-3-dipolar cycloaddition of the steroidal C25-nitrile oxides with low-molecular dipolarophiles and further transformations of the obtained adducts into derivatives with open-chained structures have been studied. It was shewn that the obtained hydroxy isoxazoles could be efficiently transformed into furanone derivatives.

For a structure elucidation of compounds methods of !H- and "C-NMR spectroscopy, IR spectroscopy, mass-spectrometry and column chromatography were used.

Автор выражает глубокую благодарность за постоянное внимание к работе, обсуждение и анализ полученных результатов член-корреспонденту H АН Беларуси, доктору химических наук, профессору, заведующему лабораторией химии стероидов ИБОХ Хрипачу В.А.; за помощь в проведении исследований и интерпретации их результатов к.х.н. вед.н.с. Жабинскому В.Н.; за помощь, оказанную при установлении структуры соединений методом ЯМР ст.н.с. к.х.н. Хрипач Н.Б. Благодарю всех сотрудников лаборатории химии стероидов ИБОХ НАНБ за создание дружеской творческой атмосферы.