Синтез поліфторометилвмісних аналогів гамма-аміномасляної кислоти

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА НАФТОХІМІЇ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Синтез поліфторометилвмісних аналогів г-аміномасляної кислоти

02.00.10 - біоорганічна хімія

Шайтанова Олена Миколаївна

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі тонкого органічного синтезу Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України.

Науковий керівник кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник

Герус Ігор Іванович

Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ

старший науковий співробітник відділу тонкого органічного синтезу

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Кібірєв Володимир Костянтинович

Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ

завідувач відділу хімії білка

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник

Кремльов Михайло Михайлович

Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ

провідний науковий співробітник відділу хімії фторорганічних сполук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У ряду низькомолекулярних біорегуляторів амінокислоти є одним з найважливіших класів сполук. Вони є не тільки складовими частинами білків та пептидів, а й беруть участь в більшості життєво важливих процесів. Синтез та вивчення біологічної активності аналогів природних амінокислот є плідним підходом у пошуку та створенні нових ефективних медичних препаратів. Структурно близькі до своїх природних аналогів, фторовмісні амінокислоти володіють низкою специфічних властивостей, які є наслідком високої міцності зв'язку C-F у порівнянні з С-Н зв'язком, що призводить до зміни метаболізму таких амінокислот. Введення трифторометильної групи в структуру амінокислот значно збільшує ліпофільність молекул, що дозволяє таким сполукам легше долати ГЕБ (гематоенцефалічний бар'єр).

У числі актуальних задач хімії фторовмісних амінокислот залишаються проблеми селективного та спрямованого введення атомів фтору або фторовмісних груп в основну структуру амінокислот, які побудовані на використанні доступних вихідних сполук та оптимальних шляхів синтезу цільових речовин. Крім того, важливим завданням є розробка методів синтезу енантіомерно чистих ізомерів фторовмісних амінокислот.

Зв'язок роботи з науковими планами і темами. Дисертація виконувалась в рамках планової бюджетної тематики відділу тонкого органічного синтезу Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України “Фтор- та фосфорорганічні синтони для синтезу аналогів природних сполук” (тема № 2.1.10.19, № державної реєстрації 0104U000962).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка методів синтезу аналогів г-аміномасляної кислоти (ГАМК), що містять в в-положенні поліфторалкільні замісники як у вигляді рацематів, так й оптично чистих ізомерів, з доступних синтонів -алкоксивініл(поліфторалкіл)кетонів.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

? розробити ефективний метод синтезу фторованих аналогів ГАМК та гомо-проліну на основі доступних фторорганічних сполук;

? розробити методи розділення, очищення та контролю оптичної чистоти енантіомерів фторовмісних аналогів ГАМК.

? розробити ефективний метод отримання в-поліфторометилвмісних піролів;

? визначити абсолютну конфігурацію та дослідити біологічну активність синтезованих сполук.

Об'єкт дослідження - поліфторалкілвмісні аналоги г-аміномасляної кислоти та в-гомо-проліну.

Предмет дослідження - синтез нових поліфторалкілвмісних ГАМК, карнітину і гомо-проліну з доступних фторовмісних енонів та вивчення спектру їх біологічної дії.

Методи дослідження - хімічний синтез, ІЧ та ЯМР-спектроскопія (визначення структури синтезованих сполук), рентгеноструктурний аналіз (визначення конфігурації оптичного центру), елементний аналіз, ВРХ (визначення енантіо- та діастереомерної чистоти отриманих сполук), колонкова, тонкошарова та йонообмінна хроматографія (контроль перебігу реакцій та очистка сполук).

Наукова новизна одержаних результатів.

Одержані раніше невідомі поліфторалкілзаміщені аміноспирти у вигляді рацематів і енантіомерів.

Розроблений новий ефективний метод отримання в-поліфторалкілвмісних піролів.

Запропоновано метод синтезу раніше невідомих поліфторалкілвмісних аналогів природних амінокислот: ГАМК, карнітину, гомо-проліну, у рацемічному та оптично чистому вигляді.

Проведено первинні біологічні дослідження ряду синтезованих амінокислот на імуномодулюючу активність.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці зручного та ефективного методу синтезу в-поліфторометилвмісних ГАМК, карнітину, гомо-проліну (потенційних нейро- та імуномодуляторів) у вигляді рацематів та оптично чистих ізомерів. Запропоновані методи синтезу поліфтороалкілвмісних високофункціоналізованих аміноспиртів, піролів, що є перспективними прекурсорами у фторорганічному синтезі.

Особистий внесок здобувача. Синтез фторовмісних амінокислот, встановлення структури отриманих сполук, інтерпретація отриманих результатів виконані особисто дисертантом. Постановка мети дослідження та обговорення результатів здійснено разом з науковим керівником к.х.н. І. І. Герусом, окремих етапів роботи разом з академіком В. П. Кухарем. ІЧ-спектроскопія проведена разом з к.х.н. С. І. Вдовенком, ВРХ аналіз ? з к.х.н. М. Ю. Бєліком та інж. О. В. Манойленко. Рентгеноструктурний аналіз ? спільно з к.х.н. Е. Б. Русановим та д.х.н. О. В. Шишкіним. Біологічні дослідження виконані разом з к.б.н. Л. О. Метелицею та к.б.н. Л. Л. Чарочкіною. Матеріали дослідження, які були опубліковані в статтях із співавторами й увійшли до дисертації, отримані дисертантом особисто.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на XX та XXII наукових конференціях ІБОНХ НАН України з біоорганічної хімії та нафтохімії (м. Київ, 2005 та 2007 р.), 15 Європейському симпозіумі з хімії фтору (м. Прага, Чехія, 2007 р.), 17 та 18 Міжнародних симпозіумах з хімії фтору (м. Шанхай, Китай, 2005 р. та м. Бремен, Німеччина, 2006 р.), XXI Українській конференції з органічної хімії (м. Чернігів, 2007 р.), Міжнародному симпозіумі «Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC)» (Судак, 2006 р.), 232 ACS Національному Симпозіумі (Сан-Франциско, США, 2006 р.), 10 Міжнародному Конгресі з амінокислот та пептидів (Тессалоніки, Греція, 2007 р.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи викладені в 3-х статтях у фахових наукових журналах та у тезах 7-ми доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літературних джерел (207 найменувань). Робота викладена на 156 сторінках і містить 7 таблиць, 63 схеми та 29 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ГАМК (г-аміномасляна кислота) є головним інгібуючим нейромедіатором ЦНС та передавачем нервових імпульсів в системі гальмівних нейронів в безпосередній близькості від спинного мозку та бере участь в пресинаптичних гальмівних процесах. У організмі ГАМК утворюється з головного збуджуючого медіатора глутамінової кислоти за участю фермента глутаматдекарбоксилази (ГДК). Ще один фермент, що впливає на рівень ГАМК в крові - ГАМК-Т (ГАМК-трансаміназа) перетворює ГАМК на янтарний альдегід. Саме синтез речовин, що здатні впливати на ці ферменти, є цільовим для регуляції концентрації ГАМК в тканинах мозку, що є одним із підходів у синтезі антиконвульсантів. Нестача ГАМК в організмі пов'язана з рядом неврологічних захворювань: епілепсія, хвороба Альцгеймера, паркінсонізм та ін., а також призводить до судомного стану. Однак низька ліпофільність ГАМК не дозволяє їй ефективно долати гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ) й унеможливлює використання ГАМК як лікарського засобу. Фторовані аналоги ГАМК привертають особливу увагу, так як введення фторалкілвмісних груп, особливо трифторометильної, до молекул амінокислот призводить до збільшення ліпофільності, що в свою чергу дозволяє краще долати ГЕБ.

Серед фторованих аналогів ГАМК раніше були знайдені речовини, що проявляють біологічну активність близьку до вже відомих фармацевтичних препаратів. Однак, до наших робіт не були синтезовані в-поліфторометилзаміщені аналоги ГАМК. Ми вважаємо, що введення в в-положення поліфторометильної та гідроксильної груп робить такі речовини потенційними антиконвульсантами.

Ми ставили за мету розробити метод синтезу раніше невідомих в-поліфторометилвмісних аналогів ГАМК (1a,b) та (3) як у вигляді рацематів, так і енантіомерно чистих сполук, а також в-трифторометилвмісної амінокислоти (2) - фторованого аналогу нового фармацевтичного препарату прегабаліну. Для одержання в-поліфторометил-в-гідрокси-г-аміномасляних кислот було запропоновано наступну ретросинтетичну схему, першою стадією якої є реакція 1,2-приєднання триметилсилілціаніду (TMSCN) до в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетонів (4) з подальшими перетвореннями функціональних груп уже сформованого карбонового скелету.

Ретросинтетична схема одержання в-поліфторометил-в-гідрокси-ГАМК (1)

Синтез поліфторалкілвмісних ціангідринів та аміноспиртів - прекурсорів в синтезі аналогів ГАМК

Синтез поліфторалкілвмісних ціангідринів. Раніше було показано, що TMSCN реагує з доступними енонами (4) з утворенням як 1,2- так і 1,4-адуктів [I.I. Gerus, I.S. Kruchok, V.P. Kukhar; TetLett, 1999, 40, 5923], які є багатофункціональними поліфторалкілвмісними синтонами. Нами детально досліджено та розширено цей метод з варіюванням замісників Rf так і R₁, R₂, R₃.

Схема 1

Реагенти та умови: (i) TMSCN, Et₃N, 0-5 °С.

Фторовмісні енони (4а-g) реагують з TMSCN у присутності каталітичних кількостей Et₃N за низької температури і усього за декілька хвилин утворюються 1,2-адукти (5а-g), що зберігають транс-конфігурацію С=С подвійного зв'язку вихідних енонів, майже з кількісним виходом та незначною домішкою (1-3%) нітрилів (6а-g).

Синтез оптично активних поліфторалкілвмісних ціангідринів. В результаті 1,2-приєднання TMSCN до енонів (4) утворюються адукти (5) з формуванням нового хірального центру. Ми дослідили можливість проведення асиметричного приєднання TMSCN до фторалкілвмісних енонів (4) з метою отримання енантіомерно чистих прекурсорів (5) для фторовмісних аналогів ГАМК (1-3).

Перш за все ми спробували отримати енантіомерно збагачені ціангідрини шляхом приєднання TMSCN до енонів (7a,b), що містять хіральну группу в в-положенні вінільного фрагменту: (±)-фенілетокси (7а) та (-)-ментилокси (7b). Приєднання проводилося у присутності ахіральних та хіральних амінів: Et₃N, (-)-спартеїн, (-)-N,N-диметилфенілетиламін, (-)-цинхонідин та модифікований цинхоніновий алкалоїд - (DHQ)₂AQN. Ми вивчили вплив реакційних умов на стереоселективність даної реакції та знайшли найбільш ефективні умови для досягнення максимального діастереомерного надлишку (de).

Схема 2

Реагенти та умови: (i) TMSCN, амін, -20-0 °С.

Дослідження впливу температури на діастереоселективність реакції показало, що з пониженням температури селективність зростає. Реакція проводилась також в розчинниках різної природи. Контроль за конверсією реакції та de здійснювався за допомогою ¹⁹F та ¹H ЯМР-спектроскопії. Однак нам не вдалося досягти високого de для реакції 1,2-приєднання. Максимальне значення de - 20% спостерігалось з еноном (7а) в присутності Et₃N в діетиловому етері, при -20 °С. Така низька стереоселективність у даному випадку може бути пояснена великою відстанню між хіральною групою та новоутвореним хіральним центром, внаслідок наявності С=С подвійного зв'язку з транс-конфігурацією. Тому ми зосередили свою увагу на розробці методів розділення отриманих рацематів на енантіомери.

Синтез поліфторалкілвмісних аміноспиртів. Отримані продукти 1,2-приєднання (5а-g) були використані для синтезу відповідних аміноспиртів (9а-g) відновленням нітрильної группи за допомогою LiAlH₄ в діетиловому етері.

Схема 3

Реагенти та умови: (i) LiAlH₄, Et₂O, 0 °С; (ii) 30% NaOH.

Характерно, що сполуки (9) зберігають Е-конфігурацію C=C подвійного зв'язку вихідних енонів (2). Доступність вперше синтезованих аміноспиртів (9) та наявність декількох високореакційних функціональних груп сприяє широкому використанню даних сполук як будівельних блоків для синтезу нових потенційно біологічно активних сполук.

Синтез оптично активних поліфторалкілвмісних аміноспиртів. Отриманий трифторометилвмісний аміноспирт (9а) був розділений на енантіомери методом дробної кристалізації діастереомерних солей. Було знайдено, що аміноспирт (9а) легко утворює кристалічну сіль з природною (L)-винною кислотою, а вже після третьої кристалізації ми одержали діастереомерно чисту сіль (10а). Для отримання обох енантіомерів аміноспирту (9а) ми використовували D-(-) або L-(+)-винні кислоти.

Схема 4

Реагенти та умови: (i) MeCN, дробна кристалізація (діоксан/гексан).

Після обробки солей (10а) лугом було отримано оптично чисті аміноспирти (R)- та (S)-(9а). Енантіомерна чистота сполуки (9а) в процесі кристалізації з винною кислотою контролювалась методом ВРХ (рис. 1) та ЯМР спектроскопії, як з використанням зсуваючого реагенту так і без нього.

Рис. 1. ВРХ хроматограми: I - енантіомерно чистого (R)-(9а), II - рацемату (±)-(9а)

Конфігурація хірального центру (S)-аміноспирту (9а) була встановлена перетворенням енантіомерно чистого аміноспирту у відповідну ГАМК. Решта аміноспиртів (9а-g) не давала чіткої інформації про їх оптичну чистоту за даними ВРХ або ЯМР спектрів. У випадку аміноспирту (9b) даний метод виявився неефективним також внаслідок нестійкості вінільного фрагменту в умовах утворення відповідної солі з винною кислотою.

Синтез в-поліфторалкілвмісних піролів. Наступною стадією у запропонованій нами схемі синтезу аналогів ГАМК є кислотний гідроліз алкоксивінільної групи. Однак гідроліз алкоксивінільної групи аміноспиртів (9) не призвів до отримання бажаного амінокарбонільного продукту (11), тому що дані сполуки нестійкі і вступають у реакцію внутрішньо-молекулярної циклізації шляхом конденсації вільної аміногрупи та карбонільної функції з утворенням в-поліфторалкілвмісних піролів (13).

Таблиця 1

Вихід та склад продуктів гідролізу аміноспиртів (9a-g)

Сполуки 9, 12-14	R2	R3	Rf	13 Вихід, (%)	R	14 Вихід, (%)
a	H	H	CF3	65	-	-
b	H	H	CHF2	-	H	48
c	H	H	CClF2	-	OH	45
d	Me	H	CF3	55	OH	53
e	H	Br	CF3	5-10	-	-
f	Ph	H	CF3	90	-	-
g	H	H	C2F5	-	CF3	55

На нашу думку, дана реакція є зручним методом синтезу піролів з різними фторовмісними в-замісниками. Враховуючи те, що загального методу синтезу малозаміщених в-поліфторометилвмісних піролів не існує, ми вивчили умови одержання та виділення в-трифторометилпіролу (13a), як прекурсору для синтезу аналогів порфірину. Перебіг реакції легко контролювати за допомогою методів ТШХ та ¹⁹F ЯМР спектроскопії.

Нами була виявлена гідролітична нестійкість поліфторалкілвмісних груп у в-положенні пірольного кільця. Деякі піроли були отримані як суміш двох продуктів: (13) - з поліфторалкільною групою та (14) - з групою, що утворилася в результаті гідролізу відповідних поліфтороалкільних замісників (табл. 1). Нами знайдено найкращі умови отримання Rf-вмісних (13) та карбонілвмісних (14) піролів як основних продуктів. Ми вважаємо, що гідроліз поліфтороалкільних груп проходить після утворення пірольного кільця і пов'язаний з високою електронною густиною у його в-положенні. З метою збільшення стабільності Rf-груп в 3-положенні пірольного кільця ми вирішили знизити електронодонорність атома нітрогену за допомогою N-ацильної групи шляхом бензоїлювання аміноспиртів (9b,с). Амідоальдегіди (16) виявилися також нестійкими сполуками і в результаті внутрішньомолекулярної циклізації були отримані піроли (17b,с) з дифторометильною та хлородифторометильною групами в в-положенні пірольного кільця. Гідролітична стійкість піролів (17) підтверджує наше припущення про причину гідролізу Rf-груп.

Схема 5

Реагенти та умови: (i) PhCOCl, Py, CH₂Cl₂, 0 °C; (ii) H⁺, H₂O, MeCN.

Синтез фторометилвмісних аналогів ГАМК та гомопроліну

Синтез в-поліфторометил-в-гідроксивмісних ГАМК. Щоб уникнути утворення піролів, наведеного вище, для синтезу цільових аналогів ГАМК з аміноспиртів (9) ми вирішили захистити аміногрупу із застосуванням N-фталімідної групи. Дією фталевого ангідриду на аміноспирти (9a,b) були синтезовані 4-(N-фталімід)-3-гідрокси-3-поліфторометилбутенілвмісні вінілові етери (18a,b) з високим виходом.

Схема 6

Реагенти та умови: (i) піридин.

Гідроліз вінілових етерів (18a,b) до альдегідів (19a,b) м'яко йде в суміші розчинників вода/ацетонітрил в присутності каталітичних кількостей HCl аналогічно гідролізу аміноспиртів (9) в синтезі піролів (13) чи (14).

Схема 7

Реагенти та умови: (i) H⁺, H₂O, MeCN, 20 °С.

Альдегіди (19a,b) були отримані з високим виходом, а наступне окиснення альдегідної групи до карбоксильної реагентом Джонса привело до бажаних N-захищених в-гідрокси-в-поліфторометил-г-аміномасляних кислот (20a,b). Вільні рацемічні амінокислоти (RS)-(1a,b) були отримані нагріванням (RS)-(20a,b) в суміші HCl/CH₃COOH та очищені за допомогою йонообмінної хроматографії. Цим же методом були отримані енантіомерно чисті R-(+) та S-(-)-ГАМК (1а) з відповідних енантіомерів аміноспирту (9а).

Схема 8

Реагенти та умови: (i) реагент Джонса, 0 °С; (іі) 36% водн. HCl, CH₃COOH, 110 °C, 4-5ч; Amberlite IR-120.

Враховуючи, що біологічна поведінка аналогів ГАМК часто залежить від абсолютної конфігурації енантіомерів, ми здійснили розщеплення рацемату (20a) на енантіомери дробною кристалізацією діастереомерних солей, утворених кислотою (20а) з оптично чистим (R) чи (S)-1-феніл-етиламіном. Вже після третьої кристалізації ми отримали діастереомерно чисту сіль (RR)-(21a) та діастереомерно збагачену сіль (SR)-(21a).

Схема 9

Реагенти та умови: (i) (R)-ФЕА, кристалізація; (ii) (S)-ФЕА, кристалізація; (iii) 36% HCl, CH₃COOH, кип'ятіння, (вихід кожного енантіомеру 25%).

Оптичну чистоту солей (21а) контролювали за допомогою ЯМР-спектроскопії [як у присутності зсуваючого реагенту (-)-цинхонідину так і без] та ВРХ. За даними ВРХ енантіомерна чистота трифторометилвмісного аналога ГАМК (1а) складає 95-100%. Розділити цим методом в-гідрокси-в-дифторометилвмісну ГАМК (1b) на енантіомери не вдалось.

Конфігурація оптичного центру при асиметричному атомі карбону кислоти (20а) була визначена за допомогою РСА діастереомерно чистого аналітичного зразка солі (RR)-(21a) (рис. 2).

Ми також здійснили розщеплення рацемату кислоти (20а) методом хроматографічного розділення діастереомерних фенілетиламідів, кислотний гідроліз яких призводить до відповідних енантіомерів цільової амінокислоти (1а). Діастереомерні аміди (22) були отримані взаємодією рацемічної N-захищеної амінокислоти (20а) з активатором карбоксильної групи та наступним додаванням оптично активного (R)- чи (S)-ФЕА до реакційної суміші. Колонкова хроматографія дає аміди (22) з діастереомерною чистотою >99%, яку легко контролювати за допомогою ТШХ та ЯМР спектроскопії.

Використання хлорангідридного метода активації (SOCl₂/ДМФА) карбоксильної групи N-захищеної амінокислоти (20а) для синтезу діастереомерних амідів (22) призвело до отримання аміду ненасиченої амінокислоти (23), внаслідок дегідратації в достатньо жорстких умовах.

Схема 11

Реагенти та умови: (i) SOCl₂/ДМФА, (R)-ФЭА, 70%.

Амід (23) слід розглядати як зручний прекурсор для отримання раніше невідомої в-трифторометилвмісної ГАМК, причому наявність об'ємної трифторометильної групи в в-положенні гарантує структурну подібність з ефективним препаратом прегабаліном, згідно з близькістю стеричних характеристик трифторометильної та ізо-бутильної груп. Каталітичне гідрування подвійного С=С зв'язку аміду (23) у присутності 10% Pd/С призводить до суміші діастереомерних амідів (24) з високим виходом (80%) та невисоким de 25%.

Діастереомерні аміди (24) були розділені за допомогою колонкової хроматографії і отримані з чистотою de 99% та виходом 20% для мінорного та 40% для мажорного діастереомерів, з яких можна отримати енантіочисті амінокислоти (2).

Синтез в-трифторометилвмісної ГАМК. Синтез в-трифторометил-ГАМК з ненасиченого аміду (23) недостатньо ефективний при необхідності одержати значну кількість цільового продукту. Тому ми розробили простий метод синтезу в-трифторометил-г-аміномасляної кислоти (2), виходячи з доступного трифторацетону.

Ретросинтетична схема одержання в-трифторометил-ГАМК (2)

Реакція іліду фосфору (26) з трифторацетоном (25) призводить до утворення суміші транс- та цис-естерів (27) у співідношенні 96:4, що відповідає літературним даним. Наступне бромування метильної групи транс-кротонату (E)-(27) дає продукт (Z)-(28) з хорошим виходом.

Реакція фталіміду калію з бромоестером (Z)-(28) йде з утворенням етилового естеру 4-фталімід-3-трифторометилбутенової кислоти (E)-(29), що подібний за будовою до аміду (23). Подібність проміжних сполук робить подібними обидва методи синтезу в-СF₃-ГАМК та дає надію на успішне розділення енантіомерів вже описаним вище методом. Сполука (29) отримана у вигляді одного (E)-ізомеру, що доведено ЯЕО та ПМР спектрами.

Гідрування естеру (E)-(29) воднем у присутності 10% Pd/C в суміші етилового спирту та мурашиної кислоти (у співвідношенні 4:1) приводить з високим виходом до насиченого естеру (30), кислий гідроліз якого дає рацемічну в-трифторометилвмісну амінокислоту (2) - перший фторований аналог прегабаліну.

Як було показано вище, діастереомерні аміди (24) можуть бути розділені за допомогою колонкової хроматографії й трансформовані до оптично чистих ізомерів амінокислоти (2). Ми отримали суміш діастереомерних амідів (24) N-захищеної амінокислоти (RS)-(31) з ФЕА виходячи з доступного естеру (30). М'який гідроліз естерної групи сполуки (30) дає N-захищену амінокислоту (31) з хорошим виходом, із якої взаємодією з (R)- чи (S)-ФЕА, з використанням водорозчинного 1-етил-3-(диметиламінопропіл)карбодіїміду як активатора карбоксильної групи, отримали суміш діастереомерних амідів (24) у співвідношенні 1:1. Аміди (RS)-(24) та (SS)-(24) розділяли за допомогою колонкової хроматографії. У подальшому з них були виділені оптично чисті енантіомери амінокислоти (R)- та (S)-(2).

Структура та оптична чистота сполук (24) та (2) була підтверджена ЯМР-спектрами та поляриметричними дослідженнями.

Синтез поліфторометилвмісних гомо-пролінів. Синтезований нами N-захищений альдегід (19a,b) може бути вихідною сполукою у синтезі раніше невідомих амінокислот, що містять поліфторометил- та гідроксильну групи в д-положенні та аміногрупу в е-положенні. Реакція Віттіга є ключовою у запропонованій схемі синтезу.

Ретросинтетична схема одержання д-поліфторометил-д-гідрокси-е-амінокислоти

Реакція іліду фосфору (26) з альдегідом (19a,b) йде із 100% конверсією, даючи суміш поліфторометилвмісних б,в-ненасичених естерів (32a,b) у вигляді суміші цис- та транс-ізомерів, які легко виділяють у індивідуальному стані за допомогою колонкової хроматографії. Будову та співвідношення ізомерів (32a,b) легко визначати за даними ¹Н та ¹⁹F ЯМР спектроскопії. Проведені нами дослідження показали, що співвідношення цис- та транс-ізомерів естерів (32a,b) практично не залежить від розчинника (CH₂Cl₂, Et₂O, C₆H₆) та природи Rf групи (табл. 2).

Таблиця 2

Процентне співвідношення ізомерів (32a,b) та вихід реакції Віттіга

Продукт	Rf	Співвідношення, %	Спільний вихід, %
		цис	транс
(32а)	CF3	30	70	82
(32b)	CHF2	27	73	67

Наступне зняття захисних груп з аміно- та карбоксильної функцій сполук (32а,b), в умовах, аналогічних синтезу ГАМК (1а), мало привести до отримання раніше невідомих ненасичених е-амінокислот (33а,b).

Однак після гідролізу ми виділили піролідин-2-оцтову кислоту (34) або гомо-пролін, утворення якого можна пояснити як результат нуклеофільної атаки атома нітрогену по в-ненасиченому атому карбону (приєднання за Міхаелєм). Гомо-проліни (34a,b) отримані з хорошим виходом та високою діастереоселективністю: de складає 70% та 65% для трифторометил- (34a) та дифторометилвмісного (34b) гомо-проліну, відповідно. Використання енантіомерно чистого естеру (32а) дозволяє отримати суміш енантіомерно чистих діастереомерів (34а). Після однієї кристалізації з ацетонітрилу ми отримали діастереомерно чистий продукт з de >95%. Вільні амінокислоти (RS)-(34a,b), (4R,2R)-(34a) (мінорний діастереомер) та (4S,2R)-(34a) (мажорний діастереомер) виділені за допомогою йонообмінної хроматографії на Amberlite IR-120. Конфігурацію новоутвореного хірального центру при 2 атомі вуглецю енантіомерно чистої сполуки (4S,2R)-(34a) було визначено за допомогою РСА N-Tos-похідного (35) (рис. 3), отриманого тозилюванням відповідної амінокислоти в стандартних умовах.

Таким чином, даний метод дозволяє отримати поліфтороалкілвмісні аналоги гомо-проліну, як у вигляді рацемату, так і в оптично активних формах, які є перспективними сполуками для наступних модифікацій та вивчення біологічної активності.

Синтез в-трифторометилвмісного карнітину. Синтезована нами в-гідрокси-в-трифторометил-г-аміномасляна кислота (1а) була використана у синтезі рацемату та оптично чистих ізомерів в-трифторометилвмісного карнітину (3) - першого фторованного аналогу вітаміна росту В_Т. Відновне метилювання амінокислоти (1а) у водному формальдегіді у присутності 10% Pd/C дає N,N-диметиламінопохідне (норкарнітин) (36) з виходом 70%. Метилювання продукту (36) надлишком метилйодиду в ДМФА з наступним використанням йонообмінної хроматографії (аніоніт - Amberlite IRA-400) дає карнітин (3).

Схема 18

Реагенти та умови: (i) Н₂, CH₂O, Pd/C, Amberlite IR-120; (ii) MeI, ДМФА, Amberlite IRA-400.

Використання оптично чистої (R)- чи (S)-ГАМК (1а) як вихідної сполуки в описаній вище послідовності перетворень призводить до оптично активного в-трифторометилвмісного карнітину (R)- або (S)-(3).

Первинні медико-біологічні дослідження. У співпраці із співробітниками відділу медико-біологічних досліджень ІБОНХ

к.б.н. Л.О. Метелицею та к.б.н. Л.Л. Чарочкіною нами було вивчено імуномодулюючу активність деяких синтезованих сполук: (R)- та (RS)-(1а,b), (RS)-(3).

Проведений первинний скринінг синтезованих сполук дозволяє віднести ці речовини до біологічно активних похідних, що виявляють модулюючу активність на зазначених моделях реакцій гуморального та клітинного імунітету, а також неспецифічної резистентності організму. Враховуючи те, що імунотропність препарату в залежності від дози, схеми введення та якісних особливостей використаного антигену, а також способу та часу імунізації, може суттєво змінюватися у бік імуносупресії, чи імуностимуляції, виявлені нами імуномодулюючі властивості сполук, особливо в-трифторометилвмісних ГАМК (1а) та карнітину (3), свідчать про перспективність подальшого їх вивчення, як потенційно біологічно активних речовин.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці ефективного методу синтезу раніше невідомих поліфторалкілвмісних амінокислот: аналогів ГАМК, карнітину та гомо-проліну, на основі доступних в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетонів.

2. Детально вивчені реакції приєднання триметилсилілціаніду до в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетонів та їх похідних, як ахіральних так і оптично активних та отримано ряд поліфтороалкілвмісних силільованих ціангідринів - корисних синтонів у органічному синтезі.

3. Показано, що відновлення відповідних ціангідринів літійалюмо-гідридом дає широкий ряд поліфторалкіл- та алкоксивінілвмісних аміноспиртів. Енантіомери трифторометилвмісного аміноспирту отримані методом дробної кристалізації діастереомерних солей з D- чи L-винною кислотою.

4. Знайдено, що кислий гідроліз алкоксивінільної групи аміноспиртів з вільною чи моноацильованою аміногрупою приводить до утворення нестійких г-амінокарбонільних сполук, що вступають в реакцію внутрішньомолекулярної циклізації з утворенням в-поліфторалкілвмісних піролів. Синтезовано ряд піролів з різноманітними поліфторалкільними замісниками в в-положенні та вперше показано гідролітичну нестійкість поліфторалкільних груп даних сполук у залежності від умов реакції.

5. Розроблено методи синтезу раніше невідомих гідрокси- та поліфторометилвмісних аналогів ГАМК та гомо-проліну, як у вигляді рацемату, так і в енантіомерно чистій формі. Енантіомери поліфторометилвмісних амінокислот отримані за допомогою дробної кристалізації діастереомерних солей та хроматографічним розділенням діастереомерних амідів.

6. Вперше одержано в-трифторометил-г-амінобутанову кислоту - ізостеричний аналог відомого фармацевтичного препарату прегабаліну та запропоновано ефективний метод розділення його рацемату на енантіомери.

7. Синтезовано перший представник фторованого вітаміну росту - в-трифторометилвмісний карнітин у вигляді рацемату і в енантіомерно чистій формі.

8. Проведено первинний скринінг синтезованих поліфторометилвмісних ГАМК та карнітину на імуномодулюючу активність і знайдено, що вони впливають на гуморальний та клітинний імунітет та на неспецифічну резистентність організму.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЙ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Shaitanova E. N., Gerus I. I., Kukhar V. P. A new synthetic route to 3-polyfluoroalkyl-containing pyrroles // Tetrahedron Letters. - 2008. - Vol. 49. - P. 1184-1187.

2. Шайтанова О. М., Герус І. І., Метелиця Л. О., Чарочкіна Л. Л. Синтез в-поліфтороалкілвмісних г-амінокислот і первинна оцінка їх біологічної дії // Ukrainica Bioorganica Acta. - 2007. - Vol. 1. - P. 43-51.

3. Shaitanova E. N., Gerus I. I., Belik M. Yu., Kukhar V. P. Synthesis of optically active в-hydroxy-в-polyfluoromethyl GABAs // Tetrahedron: Asymmetry. - 2007. - Vol. 18. - P. 192-198.

4. Герус И. И., Толмачева Н. А., Кондратов И. С., Шайтанова Е. Н., Тарасенко К. В., Фурманова М. В., Кухарь В. П. // в-Алкоксивинил-(полифторалкил)кетоны - эффективные синтоны фторорганической химии // XXI Українська конференція з органічної хімії. - Чернігів (Україна). - 2007. - С. 27.

5. Gerus I., Pustovit Yu., Shaitanova E., Tolmachova N., Alexeenko A., Trofymchuk S., Tolmachev A., Kukhar V. Polyfluoromethyl-containing amino acids - new structures and synthetic strategies // 10^th International congress on amino acids and proteins. - Thessaloniki (Greece). - 2007. - Amino Acids. -Vol.33. - P. LXIII.

6. Shaitanova E. N., Gerus I. I., Kukhar V. P. Design of new optically active polyfluoroalkyl г- and в-amino acids // 15^th European Symposium on Fluorine Chemistry. - Prague (Czech Republic). - 2007. - P. 294.

7. Gerus I. І., Brovarets V. S., Tolmachova N. A., Shaitanova E. N., Pilyavskiy V. S. New synthetic routes to polyfluoroalkyl-substituted nitrogen-containing heterocycles // 232^nd ACS National Meeting Exposition - San Francisco, CA (USA). - 2006. - FLUO24.

8. Shaitanova E. N., Gerus I. I., Kukhar V. P. New Synthetic Routes to б- and в-Polyfluoroalkyl-containing Pyrroles from Fluorinated в-Alkoxyenones // 18^th International Symposium on Fluorine Chemistry. - Bremen (Germany). - 2006. - P. 310.

9. Шайтанова Е. Н., Герус И. И., Кухарь В. П. Синтез в-полифторметил-в-гидрокси-г-аминомасляных кислот // Международний Симпозиум «Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC)». - Судак (Украина). - 2006. - C-188.

10. Shaitanova E. N., Gerus I. I., Belik M. Yu. Synthesis of в-trifluoromethyl-в-hydroxy-г-aminobutiric acid // 17^th International Symposium on Fluorine Chemistry. - Shangai (China). - 2005. - C-O-09.

АНОТАЦІЯ

Шайтанова О. М. Синтез поліфторометилвмісних аналогів г-аміно-масляної кислоти. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.10 - біоорганічна хімія. - Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії Національної Академії наук України, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена синтезу поліфтороалкілвмісних аналогів г-аміномасляної кислоти та карнітину, виходячи з доступних в-алкоксивініл(поліфтороалкіл)кетонів.

Запропоновано метод синтезу раніше невідомих поліфторалкілвмісних аналогів природних амінокислот: ГАМК, карнітину, гомо-проліну (у вигляді рацемату та оптично чистому стані), визначено абсолютну конфігурацію отриманих продуктів.

Одержані нові фторовані аміноспирти, як у вигляді рацемату, так і у енантіомерно чистому вигляді.

Розроблено ефективний метод синтезу в-поліфторалкілвмісних піролів. Знайдено гідролітичну нестійкість деяких поліфторалкільних груп.

Проведено первинний біологічний скрінінг синтезованих амінокислот на імуномодулюючу активність, результати свідчать про перспективність подальшого вивчення даних сполук, як потенційно біологічно активних речовин.

Ключові слова: аміноспирти, в-поліфторалкілвмісні піроли, фторовані амінокислоти, ГАМК, розщеплення енантіомерів, карнітин, гомо-пролін, імуномодулююча активність.

Шайтанова Е. Н. Синтез полифторметилсодержащих аналогов г-аминомасляной кислоты. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.10 - биоорганическая химия. - Институт биоорганической химии и нефтехимии Национальной Академии наук Украины, Киев, 2008.

Диссертационная работа посвящена синтезу полифторметилсодержа-щих аналогов г-аминомасляной кислоты и карнитина, используя в качестве исходных соединений доступные в-алкоксивинил(полифторалкил)кетоны.

В ходе исследования были синтезированы полифторалкилсодержащие циангидрины с помощью реакции 1,2-присоединения триметилсилилциа-нида к в-алкоксивинил(полифторалкил)кетонам. Исследована возможность проведения реакции асимметрического 1,2-присоединения.

Полученные циангидрины были восстановлены до соответствующих аминоспиртов. Разработан метод разделения трифторметилсодержащего аминоспирта на энантиомеры с помощью дробной кристаллизации диастереомерных солей, образованных рацемическим аминоспиртом с D- или L-винной кислотой.

Полученные аминоспирты могут служить в качестве исходных соединений в синтезе в-полифторалкилсодержащих пирролов. Обнаружена гидролитическая неустойчивость некоторых полифторалкильных групп.

Предложен метод синтеза ранее неизвестных полифторалкилсоде-ржащих аналогов ГАМК: в-гидрокси-в-полифторметил-г-аминомасляных кислот и в-трифторметил-г-аминомасляной кислоты. Данные аминокислоты были получены не только в виде рацемата, но и в оптически чистой форме несколькими методами.

Показано, что реакция 4-(N-фталимид)-3-гидрокси-3-полифтор-алкилальдегидов с реагентом Виттига - (этоксикарбонилметилен)трифе-нилфосфораном - приводит к смеси цис- и транс-изомерных полифторметилсодержащих б,в-ненасыщенных эфиров, которые легко разделяются методом колоночной хроматографии. Удаление защитных групп дает ранее неизвестные 4-гидрокси-4-полифторалкилсодержащие гомо-пролины с высокой диастереоселективностью. Использование энантиомерно чистого альдегида позволяет получать энантиомерно чистые диастереомеры гомо-пролинов с de >95%. Была определена абсолютная конфигурация синтезированных соединений с помощью РСА.

Из синтезированного в-гидрокси-в-трифторметил-ГАМК был получен первый представитель фторсодержащего карнитина - в-трифторметил-карнитин, как в рацемической так и оптически чистой форме.

Проведен первичный биологический скрининг синтезированных аминокислот на иммуномодулирующую активность, результаты которого свидетельствуют о перспективности дальнейшего изучения данных аминокислот, как потенциально биологически активных соединений.

Ключевые слова: аминоспирты, в-полифторалкилсодержащие пирролы, фторированные аминокислоты, ГАМК, разделение энантиомеров, карнитин, гомо-пролин иммуномодулирующая активность.

Shaitanova E. N. Synthesis of polyfluoromethylcontaining analogs of г-aminobutyric acid. - A Manuscript.

Dissertation for the candidate of chemical science degree in speciality 02.00.10 - Bioorganic chemistry. - Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.

The dissertation is devoted to the synthesis of polyfluoromethyl containing GABA and carnitine based on readily available corresponding в-alkoxyvinyl polyfluoroalkyl ketones.

A general synthetic route to the synthesis of racemic and optically active polyfluoromethylcontaining analogs of GABA, carnitine, homo-proline was developed, the absolute configuration of synthesized amino acids was determined by X-ray diffraction.

New fluorinated amino alcohols were obtained and trifluoromethyl-containing amino alcohol was separated on enantiomers.

A new synthetic access to 3-polyfluoroalkyl pyrroles was developed, which are potentially useful precursors for fluorine containing porphyrines. The hydrolytic instability of some 3-polyfluoroalkyl groups in pyrrole ring was found and a reasonable pathway for the hydrolysis was proposed.

Some of synthesized analogs of GABA and carnitine were examined for biological activity. Most of the compounds demonstrated immunomodulating activity and should be the perspective compounds for future investigations.

Key words: amino alcohols, в-polyfluoroalkylcontaining pyrroles, fluorinated amino acids, GABA, separation of enantiomers, carnitine, homo-proline, immunomodulating activity.

Размещено на Allbest.ru

...