Синтез та реакційна здатність природних ізофлавоноїдів та їх аналогів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

02.00.03 - органічна хімія

Синтез та реакційна здатність природних ізофлавоноїдів та їх аналогів

Бондаренко Світлана Петрівна

Київ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник доктор хімічних наук, професор, чл.-кор. НАН України Хиля Володимир Петрович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри органічної хімії хімічного факультету

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Ільченко Андрій Якович Інститут органічної хімії НАН України, старший науковий співробітник відділу кольору і будови органічних сполук

кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник Смолій Олег Борисович Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, старший науковий співробітник відділу хімії біоактивних азотовмісних гетероциклічних основ

Провідна установа Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна МОН України, кафедра органічної хімії, м. Харків

Захист відбудеться 29 червня 2005 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.25 Київського національного університету імені Тараса Шевченка (Україна, 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 64, хімічний факультет, ауд. 518).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (Україна, 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 58).

Автореферат розісланий 26 травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.001.25, д.х.н. Комаров І. В.

1. Загальна характеристика роботи

ізофлавон гідроксильний амінометилювання нуклеофільний

Актуальність теми. Цілющі властивості багатьох рослин відомі давно, але їх використання в медицині неможливе без знання будови та властивостей біологічно активних сполук, що обумовлюють їх дію.

Ізомерні системи 4Н-[1]-бензопipан-4-ону та 2Н-[1]-бензопіран-2-ону складають основу хiмiчної стpуктуpи бiологiчно активних pечовин рослинного походження - численної pодини флавоноїдiв, ізофлавоноїдів та кумаринів. В природі вони найчастіше зустрічаються у вигляді гідрокси-, метокси-, метилендіокси-, С-метил та С-преніл похідних та їх глікозидів.

Підвищений інтерес до цих сполук зумовлений не лише їх важливою роллю в процесах життєдіяльності рослинних та тваринних організмів, а й високою та різноплановою біологічною активністю. Структурна різноманітність флавоноїдів дала змогу створити на їх основі ряд високоефективних та малотоксичних лікарських препаратів. На основі природного флаволігнану силібіну, який включає хромонове ядро та фрагмент бензодіоксану-1,4, створені лікарські препарати “Силібор”, “Карсил”, “Легалон”, які застосовуються в якості гепатопротекторів. Природні ізофлавони геністеїн, біоханін А, формононетин та ін. виявляють високу антифунгальну, рістінгібуючу, гіполіпідемічну та гіпохолестерилемічну активність. Ізофлавоноїди, що містять 4'-метоксигруппу, застосовуються для профілактики серцево-судинних та ракових захворюваннь. Флавоноїди виявляють більше 40 видів біологічної активності, причому дуже часто ізофлавони та кумарини проявляють протилежну дію.

Процес виділення флавоноїдів з природної сировини є надзвичайно трудомістким. А відомі методи синтезу часто є непридатними для їх препаративного одержання, що зумовлено наявністю в молекулах флавоноїдних сполук декількох електронодонорних гідрокси- та метоксигруп, які докорінним чином впливають на хімічні та фізичні властивості молекули в цілому.

Тому розробка нових та удосконалення відомих методів синтезу аналогів природних ізофлавонів, а також їх структурних ізомерів - 3-арилкумаринів, вивчення їх хімічних властивостей, а також виявлення серед них перспективних біологічно активних сполук є безперечно актуальною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка згідно з планами наукових робіт кафедри (бюджетна тема № 01БФ-037-03 “Синтез та дослідження біологічно активних гетероциклічних сполук”).

Мета роботи. Синтез та вивчення хімічних властивостей і особливостей структури аналогів природних ізофлавонів та 3-арилкумаринів, що містять одну або декілька електронодонорних гідрокси- чи алкоксигруп як в кільці А, так і в кільці В, які найбільше впливають на особливості перебігу реакцій та стабільність ізофлавонової чи кумаринової систем.

Задачі дослідження. Для досягнення поставленої мети необхідно: отримати аналоги природних ізофлавонів та ізомерних їм 3-арилкумаринів і дослідити їх фізико-хімічні властивості; провести реакції нуклеофільного та електрофільного заміщення в ряду аналогів природних ізофлавоноїдів; вивчити структурні особливості синтезованих 3-арилбензопіронів за допомогою сучасних методів спектроскопічних дослідженнь; виявити серед отриманих аналогів природних ізофлавоноїдів перспективні біологічно активні сполуки.

Об'єкти дослідження - природні ізофлавони формононетин, кладрин, біоханін А, софорикозид, їх аналоги та їх структурні ізомери.

Предмет дослідження - синтез та хімічні властивості природних ізофлавоноїдів, 3-арилкумаринів та їх аналогів.

Методи дослідження - органічний синтез, тонкошарова хроматографія, спектроскопія ЯМР, елементний аналіз, біологічний скринінг.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше використано диметилацетамід для синтезу 2-метилзаміщених ізофлавонів з флороглюциновим фрагментом в умовах реакції Вільсмеєра, що дає змогу отримувати 2-метилізофлавони з високим виходом в одну стадію.

Вивчена можливість введення амінної функції в ряду 3-арилбензопіронів за допомогою реакцій електрофільного, нуклеофільного заміщення та рециклізацій.

Вперше проведено пряме амінування 3-арилбензопіронового циклу шляхом заміни фенольного гідроксилу на ариламіногрупу.

Вперше синтезовано основи Манніха в ряду природних та синтетичних 5,7-дигідроксиізофлавонів шляхом амінометилювання за участю аміналів.

Модифіковано умови взаємодії ізофлавонів, які містять електронодонорні групи, з амідинами, що дало змогу отримати з високим виходом похідні 4-(2-гідроксифеніл)піримідину.

Запропоновано умови регіоселективної взаємодії похідних природних ізофлавонів з гідроксиламіном, що приводить до утворення одного з можливих ізомерних 3(5)-(2-гідроксифеніл)ізоксазолів .

Вперше отримано сполуки уретанового типу, сульфонільні похідні та естери вугільної кислоти в ряду ізомерних 3-арилбензопіронів.

Практичне значення одержаних результатів.

Удосконалено препаративні методи синтезу 6-гідрокси- та 7-гідрокси-3-арилкумаринів, метоксильованих по кільцю В.

На прикладі диметилацетаміду показано можливість використання диметиламідів вищих карбонових кислот для побудови хромонового циклу.

Розроблено та встановлено межі застосування методу прямого амінування 3-арилбензопіронового циклу.

Отримано різноманітні амінометильні похідні аналогів природних 3-арилбензопіронів, наявність в молекулах яких атому азоту в стані sp3-гібридизації зумовлює можливість утворення водорозчинних солей, необхідних для дослідження біологічної дії цих сполук.

На основі даних біологічного скринінгу деяких синтезованих ізофлавоноїдів виявлено сполуки з антикоагулянтною, високою жовчогінною та гіполіпідемічною активністю.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає в плануванні та проведенні експериментальних досліджень, розробці запропонованих методів синтезу ізофлавоноїдів та їх похідних, систематизації одержаних результатів, які викладені в дисертації. Приймала участь в обговоренні підходів до синтезу, аналізі результатів. Біологічний скринінг проведено в Інституті геронтології Академії медичних наук України д.мед.н. Безверхою І.С. та к.б.н. Пантелеймоновою Т.М.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень викладені й обговорені на науково-практичній конференції, присвяченій 75-річчю Української фармацевтичної академії (Харків, 1996 р.), II Міжнародному симпозіумі з хімії природних сполук (Ескішехір, Турція, 1996 р.), XVIII Українській конференції з органічної хімії (Дніпропетровськ, 1998 р.), III Міжнародному симпозіумі з хімії природних сполук (Бухара, 1998 р.), II Міжнародній конференції “Химия и биологическая активность кислород и серусодержащих гетероциклов” (Москва, 2003 г.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 8 статтей та тези 11 доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку літературних джерел, що включає 185 найменувань та додатків. Робота викладена на 145 сторінках машинописного тексту і містить 6 таблиць, 27 рисунків. Загальний обсяг дисертації 233 сторінки.

У вступі обгрунтовано актуальність та наукову новизну роботи, сформульовано її мету, наведено перелік найважливіших результатів даного дослідження.

У першому розділі подано огляд літератури за темою дисертації, в якому підсумовані відомості про нові досягнення щодо синтезу та вивчення властивостей аналогів природних ізофлавонів за останні 25 років. В цьому розділі обґрунтовується вибір об'єктів дослідження.

В другому розділі описано отримання аналогів природних ізофлавонів та кумаринів.

Третій розділ присвячений вивченню реакційної здатності та синтезу нових похідних аналогів природних ізофлавонів та їх структурних ізомерів - 3-арилкумаринів, дослідженню особливостей структури отриманих сполук.

В четвертому розділі приведені результати біологічного скринінгу деяких синтезованих ізофлавоноїдів.

В п'ятому розділі наведені методики синтезу сполук.

В додатках наведені фізико-хімічні константи синтезованих сполук, дані елементного аналізу, спектрів ПМР.

2. Основний зміст роботи

Синтез аналогів природних ізофлавонів та кумаринів

Вихідними речовинами для синтезу аналогів природних ізофлавонів слугували заміщені 2-гідроксидезоксибензоїни (1), отримані в умовах реакції Гьоша. Це зумовлено доступністю арилацетонітрилів, а також препаративними можливостями перетворення отриманих кетонів в ізофлавони.

Для синтезу ізофлавонів (2 - 5) було застосовано ацилювання метиленової групи вихідних 2-гідроксидезоксибензоїнів (1) під дією тих чи інших реагентів з наступною гетероциклізацією, що приводить до утворення хромонового циклу. Так, 2-незаміщені ізофлавони резорцинового та флороглюцинового ряду (2), були синтезовані в умовах реакції Вільсмеєра з застосуванням комплексу диметилформаміду з хлороксидом фосфору чи метансульфохлоридом в присутності етерату трифториду бору. Синтез 7,8-дигідроксиізофлавонів був здійснений за методом Венкатарамана, дією на вихідні кетони етилортоформіату в піридині в присутності піперидину.

2-Заміщені ізофлавони (3 - 5) з фрагментами резорцину та пірогалолу були отримані дією на 2-гідроксидезоксибензоїни оцтового, трифтороцтового ангідридів чи етоксаліл хлориду в присутності органічної основи.

Проте застосування методу Костанецького-Робінсона для синтезу 2-метилізофлавонів (3) флороглюцинового ряду з електронодонорними метоксигрупами в кільці В, які значно знижують активність метиленової ланки вихідних кетонів, не дало бажаних результатів. Низький вихід цільового продукту, осмолення реакційної суміші, а також труднощі в процесі виділення свідчать про непридатність даного методу для отримання аналогів біоханіну А та ороболу.

5,7-Дигідрокси-2-метилізофлавони були отримані в умовах реакції Вільсмеєра. Нами вперше в якості ацилюючого реагенту для синтезу ізофлавонів з флороглюциновим фрагментом був використаний диметилацетамід з метансульфохлоридом в присутності етерату трифториду бору. Застосування цього методу дало змогу отримати 2-метилізофлавони (3, R3 = OH) з високим виходом і, що особливо хочеться відмітити, в одну стадію.

3-Арилкумарини (6, 7) були синтезовані конденсацією заміщених фенілоцтових кислот з 2,4-дигідроксибензальдегідом, а також 2,4-дигідрокси- та 2,5-дигідроксиацетофенонами в умовах реакції Перкіна з наступним гідролізом ацетоксигруп. Підбір оптимальних умов конденсації дав змогу отримати 6- та 7-гідрокси-3-арилкумарини з електронодонорними групами в кільці В.

Вивчення реакційної здатності та особливостей структури аналогів природних ізофлавонів та 3-арилкумаринів

З метою вивчення реакційної здатності синтезованих аналогів природних 3-арилбензопіронів (2 - 7) та отримання нових похідних були проведені реакції за участю фенольних гідроксильних груп, електрофільного та нуклеофільного заміщення.

Виходячи з того, що більшість природних ізофлавонів є етерами гідроксиізофлавонів, а також, враховуючи біологічну активність алкоксипохідних, нами було отримано ряд нових похідних 3-арилбензопіронів, що містять алкільні та бензильні (8), фенацильні (9) залишки. Відомо, що 7-алкоксикарбонілметоксиізофлавони володіють діуретичною та гіпотензивною активністю, тому синтез аналогів природних ізофлавонів (10), які мітять залишки похідних оцтової та пропіонової кислот представляв особливий інтерес.

Беручи до уваги біологічну активність природних ізофлавоноїдів та їх синтетичних аналогів, можна припустити, що поєднання в одній молекулі хромонового та кумаринового фрагментів може привести до появи нових цінних фармакологічних властивостей. З метою синтезу аналогів природних біс-бензопіронів (11) в якості алкілюючих реагентів ми використали заміщені 4-хлорметилкумарини, похідні яких проявляють протигрибкові властивості.

Синтезовані аналоги ксантоцерцину (12) шляхом аннелювання діоксолового, діоксанового чи діоксепанового фрагментів до хромонового циклу 7,8-дигідроксиізофлавонів в умовах реакції алкілування під дією дигалогеналканів.

В умовах реакції алкілування 3-арилкумаринів (6,7) було отримано ряд нових алкоксипохідних по фенольних гідроксильних групах в положеннях 6 та 7.

З метою синтезу аналогів природних ізофлавоноїдів (13 - 16) нами була проведена реакція ацилювання фенольної гідроксигрупи під дією хлорангідридів ароматичних, гетероциклічних кислот, а також хлорангідридів метансульфокислоти та заміщених арилсульфокислот. Застосування етилхлорформіату дало змогу отримати естери вугільної кислоти на основі аналогів формононетину (13, R9 = OEt).

Шляхом ацилювання гідроксильної групи хлорангідридами N,N-дизаміщених карбамінових кислот вперше синтезовано похідні уретанового типу (17) в ряду аналогів природних ізофлавонів.

Синтезовано різноманітні ацильні, карбамоїльні похідні, естери заміщених арилсульфокислот (18 - 21) в ряду 6- та 7-гідрокси-3-арилкумаринів.

Прикладом електрофільного заміщення в ряду аналогів природних 3-арилбензопіронів була обрана реакція амінометилювання за Манніхом. Так, синтез основ Манніха 7-гідроксиізофлавонів (22 - 25) здійснено з використанням аміналів. В цих умовах амінометилювання проходить лише в положення 8 хромонового циклу, що свідчить про нерівноцінність положень 6 та 8 7-гідроксиізофлавонів до дії електрофільних реагентів.

Нами отримано ряд нових амінометильних похідних аналогів природних ізофлавонів (22 - 25) з залишками морфоліну, піролідину, алкілзаміщених піперидинів та піперазинів.

У випадку 7-гідрокси-3-арилкумаринів (6) для завершення реакції амінометилювання потрібне триваліше нагрівання, що в свою чергу призводить до утворення суміші 8-амінометильної та 6,8-біс-амінометильної похідних. Тому, з метою селективного С-алкілювання кумаринового циклу в положення 8, реакцію проводили з незначним надлишком аміналю.

Вивчаючи реакцію амінометилювання ізофлавонів з фрагментом флороглюцину, ми одержали 6,8-біс-амінометильні похідні 5,7-дигідроксиізофлавонів (30), що обумовлено однаковою реакційною здатністю атомів вуглецю в положеннях 6 та 8 хромонового циклу до дії електрофільних реагентів.

Важливим кроком в модифікації природних матриць був синтез амінометильних похідних природного глюкозиду софорикозиду (31, 32), так як це відкриває можливості переведення подібних ізофлавонів у водорозчинну форму.

Цікавими біфункціональними реагентами є аміди хлороцтової кислоти. Так, при дії хлорацетаміду на 7-гідроксихромони та 7-гідрокси- чи 6-гідрокси-3-арилкумарини проходить алкілування гідроксильної групи з утворенням амідів заміщених бензопіроноксіоцтових кислот. Аналогічно протікає взаємодія 7-гідрокси-6-етилізофлавону з хлорацет-п-толуїдидом, що приводить до отримання амідного похідного (33). Проте, у випадку 7-гідроксиізофлавонів очікувані алкоксипохідні по фенольному гідроксилу не утворюються.

В спектрах ПМР синтезованих сполук (34) спостерігаються сигнали протонів як ізофлавонового фрагменту, так і залишку аніліну. Сигнал протонів метиленової ланки фрагменту гліколевої кислоти відсутній. Крім того, в досить сильному полі знаходиться сигнал NH-групи, який зникає при додаванні D2O. В спектрі ЯМР 13С відсутні сигнали метиленової ланки, а також карбонільної групи фрагменту гліколевої кислоти.

На основі даних спектрів ЯМР отриманих сполук єдиним можливим, на наш погляд, шляхом реакції є заміна 7-гідроксигрупи на аніліновий фрагмент з елімінуванням гліколевої кислоти, що приводить до утворення заміщених дифеніламінів (34).

Структура синтезованих 7-ариламінобензопіронів (34) підтверджена даними ЯМР спектроскопічних дослідженнь. Так, мультиплетність сигналів у спектрі ПМР повністю відповідає структурі 7-ариламіноізофлавону (34), утворення якої ми припускаємо. Спін-спіновий зв'язок в мультиплетах підтверджений за допомогою двомірного COSY спектра. Структура сполук (34) підтверджена також двомірним NOESI спектром.

Для встановлення структури синтезованих 7-ариламіноізофлавонів (34) ми використали їх взаємодію з лантаноїдним зсуваючим реагентом Eu(FOD)3. Як відомо, найбільш ефективним центром координації ЛЗР в молекулі ізофлавону є карбонільна група. При цьому найсильнішого впливу зазнають протони 2- та 5-Н хромонового циклу і протони 2'- та 6'-Н 3-арильного замісника.

Так, при взаємодії сполуки (34, R1=R7=H, R6=OMe, Ar=C6H3(Me)2-3,5) з ЛЗР сигнали протонів 2'- та 6'-Н зміщуються на 0.14 м.ч. Сигнал протону 2-Н зазнає меншого впливу ЛЗР, його зсув - 0.05 м.ч. Сигналом протону 5-Н, який зміщується на 0.16 м.ч., є дублет з константою 9 Гц. Це свідчить про те, що ариламіногрупа знаходиться в положенні 7 хромонового циклу.

З метою виявлення впливу 6-алкільного замісника, а також ролі гідроксильних груп в положеннях 6 та 7 на проходження взаємодії 3-арилбензопіронів з хлорацетанілідами та її механізм, ми провели реакцію 6- та 7-гідрокси-3-арилкумаринів (6, 7) з анілідами хлороцтової кислоти. Як ми і сподівались, взаємодія 6-гідрокси-3-арилкумарину (6) з хлорацетанілідом приводить до отримання відповідної алкоксипохідної (35). Проте, алкілування 7-гідроксигрупи 3-арилкумаринів (7) під дією анілідів хлороцтової кислоти проходить з утворенням ариламінопохідних (36), як і у випадку 7-гідроксиізофлавонів.

Для виявлення стеричного впливу замісників в кільці А на проходження реакції амінування, ми вивчили взаємодію хлорацетанілідів з 3-арилбензопіронами, що містять метильні групи в положеннях 5 та 8 хромонового чи кумаринового циклу. Показано, що заміна фенольного гідроксилу в положенні 7 на ариламіногрупу відбувається за відсутності замісників в орто-положеннях до гідроксильної групи, які створюють стеричні перешкоди і реакція зупиняється на стадії алкілування фенольного гідроксилу.

Ми припускаємо, що утворення 7-ариламінобензопіронів (34, 36) відбувається за таким механізмом реакції: першою стадією є алкілування фенольного гідроксилу з наступним утворенням калієвої солі аміду кислоти під дією основи. Нуклеофільна атака проходить через перехідний п'ятичленний спірокомплекс зі стабілізацією аніону на карбонільній групі хромонового чи кумаринового циклу. Розрив амідного зв'язку приводить до утворення 7-амінобензопіронів та відщеплення гліколевої кислоти. Даний механізм пояснює й те, що реакція амінування проходить лише у випадку анілідів галогеноцтової кислоти, завдяки можливості відщеплення амідного протону та стабілізації аніону за рахунок арильного замісника.

Наявність електронодонорних груп зумовлює зниження активності аналогів природних ізофлавонів до дії нуклеофільних реагентів. Ця тенденція спостерігається навіть у випадку гідразину і особливо виражена при взаємодії з амідинами та гідроксиламіном, які мають нижчу нуклеофільність. В зв'язку з цим, щоб отримати похідні 4-(2-гідроксифеніл)-піримідину (38) з високим виходом, ми модифікували умови реакції аналогів природних ізофлавонів з амідинами. Рециклізацію проводили при довготривалому нагріванні 7-алкоксипохідних ізофлавонів (8) з амідинами в диметилформаміді в присутності поташу.

Відомо, що взаємодія ізофлавонів з солянокислим гідроксиламіном в піридині приводить до похідних регіоізомерних (2-гідроксифеніл)ізоксазолів. Причому, 2-метилізофлавони утворюють лише один продукт, а 2-незаміщені ізофлавони - суміш ізомерних ізоксазолів. А тому цікаво було вивчити умови проведення рециклізації хромонового циклу за участю гідроксиламіну в ряду аналогів природних ізофлавонів.

Так, взаємодія 2-метилізофлавону з солянокислим гідроксиламіном в піридині, як і очікувалось, приводить до ізоксазолу (39). Проте, у випадку формононетину та 7-метоксиформононетину утворюються суміші двох ізомерних ізоксазолів.

Вивчаючи та застосовуючи різні умови рециклізації ізофлавонів за участю гідроксиламіну, ми провели реакцію селективно. Так, взаємодія ізофлавонів з солянокислим гідроксиламіном в етиловому спирті в присутності N-метилморфоліну приводить до утворення лише одного з ізомерних ізоксазолів (39). Таким чином, показано, що застосування саме N-метилморфоліну, як основи, зумовлює селективність атаки хромонового циклу гідроксиламіном і дає змогу препаративно отримувати один з ізомерних ізоксазолів в ряду ізофлавонів.

Вивчаючи особливості просторової будови синтезованих сполук методом спектроскопії ЯМР, ми виявили хіральность 2-заміщених бензодіоксанових аналогів ізофлавонів, які містять 7-метильну групу в кільці В. Роль елементу хіральності в даних сполуках відіграє вісь хіральності, напрямлена вздовж лінії зв'язку між хромоновим та бензодіоксановим фрагментами. Об'ємні замісники в положеннях 2 та 7 хромонового та бензодіоксанового циклів відповідно створюють стеричні перешкоди для вільного обертання навколо цієї осі , а також порушують копланарність молекули ізофлавону.

За допомогою оптично активного ЛЗР (Eu(ГФБК)3) доведено, що ці продукти існують у вигляді суміші атропоізомерів. При координації хірального ЛЗР та рацемату субстрату утворюється пара діастереомерних аддуктів, в спектрах ПМР яких спостерігається розщеплення окремих сигналів. Вивчено залежність величини розщеплень сигналів від мольного співвідношення ЛЗР/субстрат, температури вимірювання спектру. Показано, що збільшення розщеплення сигналів у спектрі ПМР можна досягти шляхом спільного використання хірального (Eu(ГФБК)3) та ахірального (Yb(FOD)3) ЛЗР.

Використання ЛЗР, які широко застосовуються для вивчення особливостей структури органічних сполук, у випадку природних ізофлавоноїдів пов'язане з рядом труднощів, зумовлених їх недостатньою розчинністю в придатних для роботи з ЛЗР розчинниках. Софорикозид, а також його аглікон геністеїн практично нерозчинні в дейтерохлороформі, тому ми вивчали їх більш розчинні похідні, а саме триметил-, триетил- та трибензилгеністеїни. При їх взаємодії з ЛЗР (Eu(FOD)3) спостерігаються аномальні уширення сигналів спектрів ПМР. В результаті проведених досліджень показано, що взаємодія похідних софорикозиду з ЛЗР проходить з утворенням хелату, який має низьку швидкість дисоціації. Вивчені температурна та концентраційна залежності парамагнітних уширеннь сигналів.

Висновки

Удосконалено препаративні методи синтезу ізомерних 7-гідрокси- та 6-гідрокси-3-арилкумаринів з електронодонорними замісниками. Синтезовано ряд природних ізофлавонів та їх аналогів.

Вивчено можливість введення амінної функції в ряду 3-арилбензопіронів за допомогою реакцій електрофільного та нуклеофільного заміщення. Вперше запропоновано та встановлено межі застосування методу прямого амінування 3-арилбензопіронового циклу. Вперше вивчено реакцію амінометилювання в ряду аналогів природних ізофлавоноїдів.

Систематично досліджено реакції за участю фенольних гідроксильних груп 3-арилбензопіронів. Вивчено їх взаємодію з різноплановими ацилюючими реагентами - (хлор)ангідридами аліфатичних, ароматичних та гетероциклічних, заміщених карбамінових, вугільної кислот та сульфокислот, а також з різноманітними алкілуючими реагентами.

Вперше використано диметилацетамід для синтезу 2-метилзаміщених ізофлавонів з флороглюциновим фрагментом в умовах реакції Вільсмеєра, що дає змогу отримувати 2-метилізофлавони в одну стадію з високим виходом.

Знайдено умови регіоселективної взаємодії похідних природних ізофлавонів з гідроксиламіном, що приводить до отримання одного з ізомерних (2-гідроксифеніл)ізоксазолів та може бути препаративним методом синтезу останніх. Вдосконалено умови рециклізації ізофлавонів, що містять електронодонорні групи, під дією амідинів, що дало змогу отримати 4-(2-гідроксифеніл)піримідини з високим виходом.

Методом спектроскопії ЯМР вивчено особливості будови синтезованих 3-арилбензопіронів. Показано, що просторово утруднені ізофлавони існують у вигляді рацемічної суміші атропоізомерів.

В результаті біологічного скринінгу деяких синтезованих ізофлавоноїдів виявлено сполуки з антикоагулянтною, високою жовчогінною та гіполіпідемічною активністю.

Публікації за темою дисертації

1. Бондаренко С.П., Фрасинюк М.С., Хиля В.П. Синтез аналогов формононетина // Химия природн. соед. - 2003. - № 4. - С. 277-280.

2. Бондаренко С.П., Фрасинюк М.С., Хиля В.П. Синтез производных 3',4'-диметоксиизофлавона // Химия природн. соед. - 2003. - № 4. - С. 273-276.

3. Бондаренко С.П., Левенец А.В., Фрасинюк М.С., Хиля В.П. Синтез аналогов природных изофлавоноидов, содержащих флороглюциновый фрагмент // Химия природн. соед. - 2003. - № 3. - С. 211-214.

4. Бондаренко С.П., Фрасинюк М.С., Хиля В.П. Синтез аналогов псевдобаптигенина // Химия природн. соед. - 2003. - № 3. - С. 206-210.

5. Оцалюк В.М., Ткачук Т.М., Бондаренко С.П., Чхало В.В., Хиля В.П. Синтетические аналоги ксантоцерцина // Химия природн. соед. - 1998. - №3. - С. 313-319.

6. Туров А.В., Бондаренко С.П., Хиля В.П. Проблемы выявления хиральности замещенных 3-гетероарилхромонов с помощью ЛЗР // Химия гетероцикл. соед. - 1997. - №12. - С. 1682-1687.

7. Бондаренко С.П., Туров А.В., Хиля В.П. Синтез стерически затрудненных гетероциклических аналогов изофлавоноидов и изучение их атропоизомерии // Химия гетероцикл. соед. - 1996. - №7. - С. 902-908.

8. Туров А.В., Бондаренко С.П., Хиля В.П. Изучение производных софорикозида с помощью ЛЗР // Химия природн. соед. - 1996. - №4. - С. 545-550.

9. Бондаренко С.П., Фрасинюк М.С., Хиля В.П. Синтез производных формононетина // Тезисы II Международной конференции “Химия и биологическая активность кислород и серусодержащих гетероциклов”, Москва. - 2003. - С. 29.

10. Фрасинюк М.С., Левенец А.В., Бондаренко С.П., Хиля В.П. Аминометильные производные софорикозида // Тезисы II Международной конференции “Химия и биологическая активность кислород и серусодержащих гетероциклов”, Москва. - 2003. - С. 218.

11. Левенец А.В., Бондаренко С.П., Хиля В.П. Синтез и реакционная способность аналогов природных изофлавоноидов, содержащих флороглюциновый фрагмент // Тезисы II Международной конференции “Химия и биологическая активность кислород и серусодержащих гетероциклов”, Москва. - 2003. - С. 133.

12. Turov A.V., Bondarenko S.P., Khilya V.P. Investigation of soforicoside and its derivatives by lantanide shift reagents // The 1-th Joint scientific conference in chemistry national Taras Shevchenko university of Kyiv and Poul Sabatier University (Toulouse), Kyiv. - 2001. - P. 34.

13. Turov A.V., Bondarenko S.P., Turov V.A., Khilya V.P. Synthesis and investigation of chirality of synthetic analogues of isoflavones by lantanide shift reagents // The 1-th Joint scientific conference in chemistry national Taras Shevchenko university of Kyiv and Poul Sabatier University (Toulouse), Kyiv. - 2001. - P. 29.

14. Turov A.V., Bondarenko S.P., Khilya V.P. Synthethis of sterically hindered bezodioxanic analogues of isoflavone and investigation of their atropoisomerism // The 1-th Joint scientific conference in chemistry national Taras Shevchenko university of Kyiv and Poul Sabatier University (Toulouse). Kyiv. - 2001. - P. 33.

15. Туров О.В., Бондаренко С.П., Хиля В.П. Синтез стерично утруднених гетероциклічних аналогів ізофлавонів та вивчення їх атропоізомерії // Тези наук.-прак. конфер. присвяч. 75-річчю Укр. фарм. акад. Харків. - 1996. - С. 81.

16. Turov A.V., Bondarenko S.P., Khilya V.P. Investigation of soforicoside and its derivatives by lantanide shift reagents // Second international symposium of the natural compounds, Eskisehir, Turkey. - 1996. - P. 104.

17. Turov A.V., Bondarenko S.P., Khilya V.P. Synthesis of sterically hindered benzodioxanic analogues of isoflavone and investigation of their atropoisomerism // Second international symposium of the natural compounds, Eskisehir, Turkey. - 1996. - P. 139.

18. Туров О.В., Бондаренко С.П., Туров В.О., Хиля В.П. Синтез та вивчення хіральності 3-(6-бензодіоксаніл)-хромонів методом ЛЗР // Тези XVIII Укр. конфер. з орг. хімії, Дніпропетровськ. - 1998. - С. 225.

19. Turov A.V., Bondarenko S.P., Khilya V.P. Synthesis and investigation of chirality of synthetic analogues of isoflavones by lantanide shift reagents // Third international symposium of the natural compounds, Bukhara. - 1998. - P. 87.

Анотація

Бондаренко С. П. Синтез та реакційна здатність природних ізофлавоноїдів та їх аналогів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.

Синтезовано ряд природних ізофлавонів, їх аналогів, а також ізомерних їм 7-гідрокси- та 6-гідрокси-3-арилкумаринів. Досліджено реакції за участю фенольних гідроксильних груп 3-арилбензопіронів, електрофільного та нуклеофільного заміщення. Вивчена можливість введення амінної функції в ряду 3-арилбензопіронів. Вперше запропоновано та встановлено межі застосування методу прямого амінування 3-арилбензопіронового циклу шляхом заміни фенольного гідроксилу на ариламіногрупу. Вивчено реакцію амінометилювання в ряду аналогів природних ізофлавоноїдів. Вдосконалено умови рециклізації ізофлавонів, що містять електронодонорні групи, під дією амідинів та запропоновано умови регіоселективної взаємодії ізофлавонів з гідроксиламіном. Проведено дослідження особливостей структури природних ізофлавонів та їх аналогів методом спектроскопії ЯМР. В результаті біологічного скринінгу деяких синтезованих ізофлавоноїдів виявлено сполуки з антикоагулянтною, високою жовчогінною та гіполіпідемічною активністю.

Ключові слова: ізофлавоноїди, кумарини, амінометилювання, ариламінопохідні, уретани, рециклізації, лантаноїдні зсуваючі реагенти.

Аннотация

Бондаренко С. П. Синтез и реакционная способность изофлавоноидов и их аналогов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2005.

Диссертация посвящена разработке новых и усовершенствованию известных методов синтеза аналогов природных изофлавонов, а также их структурных изомеров - 3-арилкумаринов, изучению их химических свойств, особенностей строения, а также выявлению среди них перспективных биологически активных соединений.

Синтезировано формононетин, кладрин, биоханин А, ряд аналогов природных изофлавонов с электронодонорными заместителями. Впервые использовано диметилацетамид для синтеза 2-метилзамещенных изофлавонов с флороглюциновым фрагментом в условиях реакции Вильсмеера, что дает возможность получать 2-метилизофлавоны в одну стадию с высоким выходом. На примере диметилацетамида показано возможность использования диметиламидов карбоновых кислот для построения хромонового цикла.

Подбор оптимальных условий реакции и соотношения реагентов дал возможность получить 6- и 7-гидрокси-3-арилкумарини, метоксилированные по кольцу В с высоким выходом в условиях реакции Перкина.

Изучена возможность введения аминной функции в ряду 3-арилбензопиронов в условиях реакций электрофильного и нуклеофильного замещения.

Впервые проведено прямое аминирование 3-арилбензопиронового цикла путем замены фенольной гидроксильной группы ариламиногруппой. Показано, что при действии на 7-гидроксибензопироны анилидов хлоруксусной кислоты в условиях реакции алкилирования происходит замена 7-гидроксигруппы на анилиновый фрагмент с элиминированием гликолевой кислоты, приводящая к образованию замещенных дифениламинов.

Структура синтезированных 7-ариламинобензопиронов доказана на основании данных ЯМР спектроскопических исследований: спектров ЯМР 1Н, спектров ЯМР 13С, двумерных COSY и NOESI спектров, взаимодействия с ЛСР.

Следует отметить, что прохождение реакции с хлорацетанилидами зависит от стерических факторов. Образование 7-ариламинопроизводных происходит при отсутствии заместителей в орто-положениях к гидроксильной группе, оказывающих стерическое влияние на протекание реакции.

Изучена реакция аминометилирования по Манниху в ряду изомерных аналогов природных изофлавоноидов. С-Алкилирование изофлавонов и кумаринов проводили с использованием аминалей вторичных аминов. Показано, что в случае 7-гидрокси-3-арилбензопиронов электрофильное замещение проходит по положению 8 хромонового или кумаринового цикла.

Впервые получены основания Манниха природных и синтетических 5,7-дигидроксиизофлавонов. Аминометилирование изофлавонов флороглюцинового ряда проходит с образованием 6,8-бис-аминометильных производных, что свидетельствует об одинаковой реакционной способности атомов углерода в положениях 6 и 8 к действию электрофильных реагентов.

Наличие в аминометильных производных изофлавоноидов атома азота в состоянии sp3-гибридизации обусловливает возможность образования водорастворимых солей, необходимых для исследования биологического действия этих соединений.

Важным шагом в модификации природных матриц было получение оснований Манниха природного глюкозида софорикозида, так это открывает пути переведения подобных изофлавонов в водорастворимую форму.

Проведены реакции алкилирования и ацилирования фенольных гидроксильных групп 3-арилбензопиронов, получены разноплановые производные.

Принимая во внимание биологическую активность природных изофлавоноидов и их синтетических аналогов, можно педположить, что сочетание в одной молекуле хромонового и кумаринового фрагментов может привести к появлению новых фармакологических свойств. С целью получения аналогов природных бис-бензопиронов в качестве алкилирующих реагентов были использованы замещенные 4-хлорметилкумарины.

Синтезированы аналоги ксантоцерцина аннелированием диоксолового, диоксанового, диоксепанового циклов к 7,8-дигидроксиизофлавонам в условиях реакции алкилирования под действием дигалогеналканов.

Впервые получены соединения уретанового типа и эфиры угольной кислоты в ряду изомерных 3-арилбензопиронов. Синтезированы сульфонильные производные аналогов природных изофлавонов и 3-арилкумаринов.

Изучено взаимодействие аналогов природных изофлавонов с нуклеофильными реагентами. Чтобы получить производные 4-(2-гидроксифенил)-пиримидина с высоким выходом, были модифицированы условия рециклизации изофлавонов с электронодонорными группами под действием амидинов.

Предложены условия региоселективного взаимодействия изофлавонов с гидроксиламином, приводящие к образованию одного из возможных изомерных 3(5)-(2-гидроксифенил)-изоксазолов. Показано, что использование N-метилморфолина в качестве основания обусловливает селективность атаки хромонового цикла гидроксиламином и дает возможность препаративно получать один из изомерных изоксазолов в ряду изофлавонов.

С помощью хирального ЛСР доказано, что стерически затрудненные бензодиоксановые аналоги изофлавонов существуют в виде смеси атропоизомеров.

Исследованы особенности структуры природных изофлавонов и их аналогов методом спектроскопии ЯМР на примере софорикозида, его агликона генистеина и их производных.

В результате биологического скрининга некоторых синтезированных изофлавоноидов выявлены соединения с антикоагулянтной, желчегонной и гиполипидемической активностью.

Ключевые слова: изофлавоноиды, кумарины, аминометилирование, ариламинопроизводные, уретаны, рециклизации, лантаноидные сдвигающие реагенты.

Annotation

Bondarenko S. P. Synthesis and reaction ability of natural isoflavonoids and their analogues. - Manuscript.

Thesis for degree of Candidate of chemical sciences by speciality 02.00.03 - organic chemistry. Kyiv National Таrаs Shеvchеnko University, Kyiv, 2005.

The series of natural isoflavones, their analogues and isomeric 7-hydroxy- and 6-hydroxy-3-arylcoumarines were synthesized. The reactions with participation of phenolic hydroxy group of 3-arylbenzopyrones, electrophilic and nucleophilic substitution were investigated. The possibility of introduction of amino function in series of 3-arylbenzopyrones were studied. The method of direct amination of 3-arylbenzopyrone ring by substitution of phenolic hydroxy group on arylamino group was offered and borders of the using was determinated at the first. The aminomethylation reactuion in series of natural isoflavones, their analogues was studied. The recyclization conditions of isoflavones with electronodonor groups by interaction of amidines were improved. The conditions of regioselective interaction of isoflavones with hydroxylamine were offered. The structure especiality of natural isoflavones and their analogues by method of NMR 1H was carried out. The anticoagulating and high cholagogue and hypolipidemic activity of some obtained compounds were established by means of biological screening.

Key words: isoflavonoids, coumarines, aminomethylation, arylamino derivatives, urethanes, recyclizations, Lanthanoid shift reagents.

Размещено на Allbest.ru

...