WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Борисова Ксения Леонидовна

Гидроксилированные нафтазарины в синтезе природных хиноидных соединений и их аналогов

02.00.03 – Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Владивосток – 2012 - 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Научный консультант: доктор химических наук, старший научный сотрудник Ануфриев Виктор Филиппович

Официальные оппоненты: Каминский Владимир Абрамович доктор химических наук, профессор, Дальневосточный федеральный университет, профессор Школы естественных наук Агеенко Наталья Викторовна кандидат химических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им.

Н.Н. Ворожцова СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 26 декабря 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 005.005.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект 100 лет Владивостоку, 159, ТИБОХ ДВО РАН. Факс: (423)231-4050, e-mail: dissovet@piboc.dvo.ru

С диссертацией можно ознакомиться в филиале Центральной научной библиотеки ДВО РАН (г. Владивосток, проспект 100 лет Владивостоку, 159, ТИБОХ ДВО РАН).

Текст автореферата размещен на сайте www.piboc.dvo.ru Автореферат разослан «24» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Черников О.В.

к.б.н.

- 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В лаборатории органического синтеза природных соединений ТИБОХ ДВО РАН им. Г.Б. Елякова на протяжении многих лет проводятся работы по синтезу и изучению химических свойств производных нафтазарина (5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинона), многие из которых известны как биологически активные соединения и лекарственные средства. (Поли)гидрокси- и аминопроизводные нафтазарина представляют особый интерес, поскольку многие из них встречаются в природе, а также являются ключевыми фрагментами, входящими в структуры природных соединений, и поэтому могут использоваться как стартовые вещества в синтезе последних.

Одним из таких веществ является кристазарин (2-гидрокси-7-метокси3-этилнафтазарин), метаболит лишайника Cladonia cristatella. Кристазарин, в принципе, может служить исходным субстратом в синтезе целого ряда природных продуктов, в том числе исландохинона, одного из метаболитов лишайника Cetraria islandica. Этот продукт является представителем бихинонов нового структурного типа, в котором 1,4-нафтохиноидный и 2,3-дигидро-1,4-нафтохиноидный фрагменты связаны между собой эфирной связью. Интерес к исландохинону вызван тем, что структура его до настоящего исследования окончательно не установлена, хотя и вызывала споры. Корректировка, равно как и установление, строения вновь выделенных природных продуктов, является важной задачей биоорганической химии и химии природных соединений. Знание точной структуры вещества имеет ключевое значение в корреляционном анализе структура - активность, поэтому такие исследования актуальны как с научной, так и с практической точек зрения.

Определенный научный и практический интерес представляет также исследование химических свойств гидроксинафтазаринов, в частности реакций аминирования. Этот интерес стимулируется тем, что в последние годы в морских ежах обнаружены аминогидроксинафтазарины, проявляющие высокую антиоксидантную активность.

Создание водорастворимых форм биоактивных хиноидных соединений является одним из направлений, развиваемых в ТИБОХ ДВО РАН. Широко используемым методом модификации структуры, придающей веществу растворимость, является О-гликозилирование. Однако, в отличие от О-гликозидов антрахинонов, гликозиды нафтазаринов являются относительно нестабильными соединениями, поэтому синтез структурно новых нафтохинон-углеводных конъюгатов негликозидной природы, растворимых в воде, является актуальной задачей.

Структуры производных нафтазарина в данной диссертационной работе приводятся лишь в одной из всех возможных таутомерных форм.

- 4 Цель работы. Целью диссертационной работы явилась ревизия структуры исландохинона, одного из метаболитов лишайника C. islandica, изучение реакций производных спиназарина с водным аммиаком и синтез нафтохинон-углеводных конъюгатов негликозидной природы. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

синтезировать и изучить структуры продуктов окислительной димеризации ряда 2-гидрокси-3-этилнафтазарина; синтезировать модельный диоксабензо[a]тетрацентетраон, характеристичные спектральные параметры которого хорошо согласовывались бы с таковыми для исландохинона; методом РСА установить структуру полученного продукта; синтезировать ряд моно- и дизамещенных производных спиназарина; установить строение продуктов, образующихся при взаимодействии полученных производных с водным аммиаком;

разработать препаративный синтез спинохрома Е; изучить реакцию переэтерификации эфиров гидроксинафтазаринов с модельным моносахаридом, содержащим первичную гидроксигруппу.

Научная новизна. Установлено, что конечными продуктами окислительной димеризации замещенных 2-гидрокси-3-этилнафтазаринов под действием диоксида свинца являются гидроксиэтилдиоксабензо[a]тетрацентетраоны, изомерные по взаимному расположению гидроксигруппы и этильного радикала при С-7а и С-13а.

Впервые синтезирован (7aS*,13aS*)-5,9,12,13a-тетрагидрокси-7,14-диокса-2,3,10,11-тетрахлоро-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)тетраон, структура которого определена методом РСА. Пересмотрена структура исландохинона, метаболита лишайника C. islandica, в пользу (7aS*,13aS*)-2,5,9,11,12,13a-гексагидрокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)-тетраона.

Впервые синтезирован (7aS*,13aS*)-5,9,12,13a-гексагидрокси-2,11диметокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)тетраон, диметиловый эфир исландохинона.

Установлено, что 6(7)-(ди)алкильные и 6(7)-(ди)алкоксильные производные 2,3-дигидроксинафтазарина в условиях реакции аминирования превращаются в производные 5,8-дигидроксиизохинолино-1,3,4(2Н)триона. Выявлено влияние гидроксигруппы при С-6(7) спиназаринов на направление реакции.

Разработан препаративный синтез спинохрома Е, метаболита морских ежей рода Echinothrix.

Впервые синтезированы представители неизвестного ранее типа водорастворимых нафтохинон-углеводных конъюгатов негликозидной природы, в которых нафтазариновый и моносахаридный фрагменты связаны между собой простой эфирной связью с участием первичной гидроксигруппы углевода.

- 5 Практическая ценность работы. Практически важным результатом, полученным при изучении реакции окислительной димеризации замещенных 2-гидрокси-3-этилнафтазаринов под действием диоксида свинца, является уточнение структуры исландохинона, потенциального антиоксиданта, метаболита лишайника C. islandica. Кроме научного интереса, эта работа важна при поиске зависимости структура - активность в ряду производных этого бихинона. Выявленная конверсия 2,3дигидроксинафтазаринов в производные 5,8-дигидроксиизохинолино1,3,4(2Н)-триона в условиях реакции аминирования открывает относительно простой путь к синтезу представителей этого класса соединений. Разработан препаративный синтез спинохрома Е (гексагидрокси-1,4-нафтохинона), который является одним из компонентов природного комплекса, обладающего высокой антиоксидантной активностью. Синтез представителей неизвестного ранее типа нафтохинонуглеводных конъюгатов негликозидной природы открывает путь к новым относительно стабильным водорастворимым препаратам с потенциальной биологической активностью.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены в виде устного доклада на Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 9-14 июля 2012 года), а также стендовых сообщений на XIV Молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 10-мая 2011 года) и Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 9-14 июля 2012 года).

Публикация результатов исследования. Основные результаты исследования опубликованы в 2 статьях в рекомендованных ВАК журналах и 3 тезисах в сборниках материалов научных конференций.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 106 стр. машинописного текста, содержит 30 схем, 4 таблицы, 1 рисунок и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы (169 ссылок) и приложения. Во введении приводится обоснование актуальности исследования, сформулированы его цель и конечные результаты. Литературный обзор посвящен нахождению в природе производных нафтазарина и их биологической активности, синтезам (поли)гидроксинафтазаринов путем:

функционализации производных нафталина, использования ацилирования по Фриделю-Крафтсу, функционализации -тетралонов, конротаторного раскрытия цикла замещенных циклобутенонов, бромирования алкилгидроксинафтазаринов в бензильное положение.

Сокращения и условные обозначения. ВМВС - внутримолекулярная водородная связь; ДМСО – диметилсульфоксид; ИК – инфракрасный; м.д. - миллионные доли; ММВС – межмолекулярная водородная связь; РСА – - 6 рентгеноструктурный анализ; УФ - ультрафиолетовый ХС - химический сдвиг; ЯМР – ядерный магнитный резонанс; HMBC - ЯМР эксперимент гетероядерной корреляции через несколько связей; IC50 – концентрация полумаксимального ингибирования.

Благодарность за научное сотрудничество и помощь в работе.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научному руководителю, д.х.н. Ануфриеву В.Ф., сотруднику группы ЯМР спектроскопии, к.х.н. Денисенко В.А, сотруднику группы оптической спектроскопии, к.ф-м.н. Глазунову В.П., сотруднице группы массспектрометрии н.с. Моисеенко О.П. и сотруднику лаборатории химии морских природных соединений ТИБОХ ДВО РАН м.н.с. Дышловому С.А.

за оказанную помощь в работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из задач настоящего диссертационного исследования явилась ревизия структуры исландохинона, метаболита лишайника C. islandica.

Необходимо отметить, что рентгеноструктурный анализ исландохинона не был выполнен, и в распоряжении автора имелись только спектральные данные, которые в равной мере обосновывали четыре возможные для него структуры. Для того чтобы «привязаться» к структуре исландохинона, необходимо было синтезировать модельный диоксабензо[a]-тетрацентетраон, характеристичные спектральные данные которого хорошо согласовывались бы с таковыми для исландохинона. РСА анализ структуры этого соединения, при условии хорошего совпадения характеристичных спектральных данных его и природного продукта, позволил бы установить строение последнего.

Ранее на примере эхинохрома было показано, что взаимодействие тригидроксинафтазаринов с водным аммиаком приводит к образованию производных 2-аминонафтазарина, в данном случае эхинаминам А и В, - биоактивным метаболитам, недавно выделенным из морского ежа Scaphechinus mirabilis. В связи с этим, представлялось интересным и практически важным изучить реакции спиназаринов с водным раствором аммиака, в том числе влияние природы заместителей в положении 6 и 7 на направление её протекания. Неожиданным в этом исследовании явилось наблюдение, что 6(7)-(ди)алкил- и 6(7)-(ди)алкоксипроизводные спиназарина в условиях реакции аминирования превращаются в производные 5,8-дигидроксиизохинолино-1,3,4(2Н)-триона.

В ходе выполнения исследований был предложен препаративный синтез спинохрома Е, который является одним из компонентов природного комплекса, обладающего высокой антиоксидантной активностью. Он и полупродукты его синтеза были также исследованы в условиях реакции аминирования.

- 7 Определенный интерес представляют также исследования по синтезу представителей неизвестного ранее типа водорастворимых нафтохинонуглеводных конъюгатов негликозидной природы, в которых нафтазариновый и моносахаридный фрагменты связаны между собой простой эфирной связью с участием первичной гидроксигруппы углевода.

2.1. Ревизия структуры исландохинона, метаболита лишайника Cetraria islandica Относительно недавно появилось сообщение о выделении из лишайника C. islandica гидроксилированного бихинона, названного исландохиноном. Для этого соединения была предложена структура 3-этил-3-(1,4-дигидро-5,7,8-тригидрокси-1,4-диоксо-3-этилнафтален-2-илокси)-5,7,8-тригидроксинафтален-1,2,4(3H)-триона (1). Определенное влияние на это исследование оказала опубликованная ранее работа по установлению структуры пероксида лапахола (2a) и его амильного производного 2b.

OH O O HO O O HO O OH O O O R OH O O HbHaEt Q1,Q2H R O Q2H O HO 2 R= -CH2CH=CMe2 (a); R= n-C5H11 (b) 1 Q1,OH O OH HO OH O OH OH O Et OH O Et OH O В то же время опубликованные спектральные данные не во всем согласовывались с предложенной структурой 1. В связи с этим, 2,3-дигидро-2-оксо-1,4-нафтохиноидная структура (Q2H) фрагмента бихинона 1 была подвергнута ревизии. Отправным пунктом в этой работе явилась серия работ, посвященных синтезу и изучению спектральных свойств 2,3-дигидро-2-оксо-1,4-нафтохинонов и продуктов их гидратации.

В результате, для исландохинона вместо структуры 1 была предложена структура 3-этил-3-(1,4-дигидро-5,7,8-тригидрокси-1,4-диоксо-3-этилнафтален-2-илокси)-2,3-дигидро-2,2,5,7,8-пентагидроксинафтален-1,4-диона (3), то есть для субгруппы Q2H была предложена структура 2,3-дигидро-2,2дигидрокси-1,4-нафтохинона.

Структура 3 не полностью отвечает полученным для нее спектральным данным. В частности, в ЯМР Н спектре, полученном в CDCl3, имеются - 8 лишь три из четырех сигналов протонов -гидроксигрупп, в тоже время в спектрах, снятых в ацетоне-d6, наблюдаются четыре сигнала. Кроме того, все соединения, содержащие нафтазариновый хромофор (Q1,4), имеют цвет от красного до темно-бордового, в то время как исландохинон оранжевый.

Для ответа на эти вопросы, нами были синтезированы продукты окислительного сочетания гидроксинафтазаринов 4, 5 и 6, и изучены их структуры.

OH O OH O OH O Cl OH OH MeO OH Cl Et MeO Et Et OH O OH O OH O 4 5 Окислительная димеризация гидроксинафтазарина 4 под действием диоксида свинца в уксусной кислоте дала после хроматографической очистки продукт, который согласно спектральным данным является несимметричным бихиноном. Спектр 1Н ЯМР этого соединения, снятого в CDCl3, содержит три слабопольных сигнала ( 11.43, 11.75 и 12.73 м.д.), принадлежащих -гидроксигруппам, вовлеченным в ВМВС. В области, в которой проявляются сигналы протонов гем-диольных групп имеется уширенный сигнал гидроксигруппы ( 5.24 м.д., 1Н). В ЯМР Н спектре, полученном в ацетоне-d6, положение этого сигнала смещается в более слабое поле ( 7.79 м.д.). Протоны метиленовой группы одного из этильных радикалов полученного продукта магнитно-неэквивалентны ( 1.79 и 2.м.д.), что указывает на наличие при ней асимметрического центра. Спектр ЯМР C этого продукта содержит двадцать четыре сигнала атомов углерода, четыре из которых наблюдаются в области слабого ( 172.9, 180.0, 190.8 и 195.4 м.д., С=О) и четыре в области сильного поля ( 6.8, 12.3, 16.8 и 27.5 м.д., Et-радикалы). Примечательным в этом спектре является сигнал при 92.3 м.д., указывающий на присутствие в структуре продукта атома углерода, связанного с двумя атомами кислорода.

ИК-спектр полученного продукта содержит полосы при 1629 см-1 и 16cм-1. Первая из них является хиноидной, а вторая, вероятно, результатом перекрывания полос поглощения хиноидной и двух дигидрохиноидных групп С=О, связанных ВМВС с соответствующими -гидроксигруппами.

Масс-спектр полученного соединения содержит малоинтенсивный сигнал молекулярного иона с m/z 602/604/606 (2%) [M]+. Наиболее интенсивными являются пики с m/z 302/304/306, соответствующие молекулярному иону соединения 4. Основываясь на этих данных и данных представленных в Экспериментальной части, можно сделать вывод, что полученный продукт является одним из четырех диоксабензо[a]тетрацентетраонов, составляющих две пары диастереомеров 7а, 7а' и 8а, 8а', соответственно.

- 9 Cl Cl O Cl O Cl OH O OH O OH OH 12 Cl O Cl O 14 O O 13a 7a Cl O OH Cl O OH 9 OH O Me OH O Me HaH 18 Me Me b 7a 7a' Cl Cl O Cl O Cl OH O Me OH O Me Cl O Cl O 13a O O 7a Cl O OH Cl O OH OH OH OH O OH O Me Me 8a 8a' Анализ корреляций Н-13С в двумерном эксперименте НМВС (Таблица 1) позволил сузить число возможных структур до двух - 7а и 7а.

Таблица 1. Наблюдаемые корреляции 1Н-13С в 2D экспериментах НМВС, HSQC и химические сдвиги 1Н, 13С продукта окислительного сочетания соединения (13С) (м.д.), (13С) (м.д.),атом С, Атом Н (1Н) (м.д.) HSQC HMBC 180.0 (C4), 108.9(C4a), 5-OH 12.73 153.4(C5), 129.3(C6), 147.2(C6а) 108.0(C8a), 158.7(C9), 9-OH 11.136.9(C10), 141.5(C11) 158.7(C9), 136.9(C10), 12-OH 11.153.0(C12), 109.9(C12a) 83.7(C7a), 190.8(C13), 13a-OH 5.92.3(C13a) 153.4(C5), 129.3(C6), 15-СН2 2.95 16.147.2(C6a), 12.3(C16) 16-СН3 1.35 12.3 129.3(C6), 16.8(C15) 147.2(C6a), 195.4(C8), 17a 1.92.3(C13a), 6.8(C18) 27.83.7(C7a), 195.4(C8), 17b 2.92.3(C13a), 6.8(C18) 18-СН3 1.05 6.8 83.7(C7a), 27.5(C17) - 10 Окончательное установление структуры в пользу 7а было сделано методом РСА. Квантово-химические расчеты хорошо согласуются со структурой 7а (Рис. 1).

Рис. 1. Пространственная структура бихинона 7а, определенная методом РСА (А), и согласно квантово-химическими расчетам B3LYP/6311G(d) (В).

По данным спектра ЯМР 1Н, полученного в CDCl3, окислительная димеризация гидроксинафтазарина 5 дает смесь двух бихинонов в соотношении 3.4 : 1.0. Главный из них, на основании сравнения его спектральных данных с соответствующими данными продукта7a, является диоксабензо[a]тетрацентетраоном 7b. Характеристичными в спектрах этих соединений явились сигналы протонов этильных радикалов (Таблица 2).

Таблица 2. 1H ЯМР спектры соединений 7а-e, 8b,c и 9a,b в CDCl3 (область сильного поля) Соединение CH2 (15) CH3 (16) Ha (17) Hb (17) CH3 (18) 7а 2.95 1.35 1.79 2.37 1.7b 2.91 1.35 1.79 2.31 1.7c 2.92 1.37 1.75 2.36 1.7d 2.91 1.37 1.75 2.38 1.7e 2.93 1.35 1.78 2.33 1.8b 2.55 0.97 1.69 2.34 1.8c 2.58 0.99 1.73 2.37 1.9a 2.84 1.27 2.15 1.9b 2.83 1.28 2.16 1.Структура второго продукта, в пользу 9a, устанавливается сравнением спектральных данных его и продукта 9b, описанного в литературе. Как и для структур 7a,b, характеристичными в спектрах этих соединений являются сигналы протонов этильных радикалов (Таблица 2).

- 11 OH O O OHO R O R O OH O Me 15 OH 16 Me 9 R=OMe (a); H (b) В общем случае, в растворах продукты 7b и 9a находятся в состоянии кольчато-цепного таутомерного равновесия (Схема 1). На состояние этого равновесия оказывает влияние полярность растворителя и, например, в ацетоне, согласно данным ЯМР H, оно полностью смещено в сторону кольчатой формы 7b.

Схема O OMe OH O O OH O OH OHO O OMe O O MeO O MeO O OH OH O Me OH OH O Me Me Me 7b 9a Окислительная димеризация кристазарина (6), согласно данным ЯМР 1Н спектроскопии, полученным в CDCl3, привела к образованию смеси двух диоксабензо[a]тетрацентетраонов в соотношении 1 : 1.8, причем, спектры их аналогичны. В частности, в спектре смеси, как и в спектре бихинона 7а, наблюдаются лишь три сигнала протонов -гидроксигрупп для каждого соединения. В области спектра, в которой проявляются сигналы протонов полуацетальных гидроксигрупп ( 5.м.д., для 7а), также имеются уширенные сигналы ( 5.45 и 5.20 м.д.). Их интенсивность для каждого соединения соответствует 1Н. В ЯМР Н спектре смеси, снятом в ацетоне-d6, эти сигналы смещаются в более слабое поле ( 7.79 и 7.89 м.д.), вследствие участия гидроксигрупп в ММВС с карбонильными группами растворителя.

В карбонильной области ИК-спектра изучаемых соединений наблюдаются три полосы поглощения. Две из них (1632 и 1645 см-1) принадлежат карбонильным группам, участвующим в ВМВС, в то время как одна (1673 см-1) указывает на присутствие несвязанной группы С=О.

Сравнение ХС сильнопольных сигналов протонов продуктов 7a,b и ХС соответствующих сигналов протонов продуктов изучаемой смеси позволило минорному компоненту приписать строение 7c (Таблица 2).

- 12 Основываясь на результатах квантово-химических расчетов, выполненых методом B3LYP/6-31G(d), можно заключить, что второй полученный продукт имеет структуру 8b. В самом деле, согласно расчетам, 7aS*,13aS*-диастереомеры 7c и 8b более предпочтительны, чем соответствующие 7aR*,13aS*-диастереомеры 7c' и 8b' (G7c'-7c = 7.ккал/моль и G8c'-8c = 7.9 ккал/моль). С другой стороны, разность энергий Гиббса соединений 7c и 8b составляет лишь 0.39 ккал/моль.

В спектре ЯМР H соединения 8b ХС сигналов протонов этильных радикалов (при С-15, С-16 и С-18) не совпадают с соответствующими ХС сигналов протонов соединений 7a-c (Таблица 2). Это укрепляет предположение о характеристичности и, следовательно, важности этих сигналов для установления структур обсуждаемых продуктов.

OMe OMe O O OH O OH O OH OH MeO O MeO O O O O OH O OH OH O Me OH O Me Me Me 7c 7c' OMe OMe O O OH O Me OH O Me O O 13a O O 7a MeO O OH MeO O OH OH OH OH O OH O Me Me 8b 8b' По-видимому, процесс окислительной димеризации кристазарина, как и других рассмотренных гидроксинафтазаринов, протекает по механизму, включающему одноэлектронный перенос электрона от субстрата 6 к окислителю (Схема 2). Субстрат 6 существует в виде двух 1,4-нафтохиноидных таутомерных форм, поэтому перенос электрона может осуществляться как от таутомера 6А, так и от таутомера 6В с образованием, соответственно, катион-радикалов 6А' и 6В'. Катион-радикал 6А' перегруппировывается в С-центрированный радикал 6А'' с выбросом протона, а относительная стабильность 6В' достигается за счет резонанса (6В'6В''). Рекомбинация радикала 6А'' с катион-радикалом субстрата 6А' дает 2,3-дигидро-2-оксопроизводное 9с в виде промежуточного катиона (9с'), который после выброса протона и циклизации превращается в конечный продукт 7с. В свою очередь, рекомбинация катион-радикала 6В'' с радикалом 6А'' через последующую аналогичную цепь превращений (6В''+6А''9d'9d) приводит к диоксабензо[a]тетрацентетраону 8b.

- 13 Схема OH O O HO MeO OH MeO OH Et Et O HO OH O B A PbO2 -e.

.

OH O OH O O HO. O HO + + + MeO O MeO OH MeO OH MeO OH -H+ +H+.

Et Et Et Et OH O OH O O HO O HO 6A'' 6A' 6B' 6B'' 6A'+6A'' 6B''+6A'' MeO OH O O OMe O O HO OH O MeO O Et + + O OH O H H O Et MeO O HO OH O Et Et OH 9c' OH O 9d' MeO -H+ -H+ OH O O OMe HO O O MeO O OH O Et O O OH O Et OH O MeO O Et OH HO Et 9c OH O 9d OMe OMe O O OH O OH O OH Et MeO O O O O O OH MeO O OH Et OH Et OH O Et OH O 7c 8b Химические сдвиги сигналов протонов этильных радикалов соединений 7а-с (при С-15, С-16 и С-18) находятся в очень хорошем согласии с соответствующими ХС сигналов протонов в спектре исландохинона. Из этого следует, что предложенная ранее для исландохинона структура маловероятна и должна быть пересмотрена в пользу (7aS*,13aS*)2,5,9,11,12,13a-гексагидрокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен1,4,8,13(7aH,13aH)-тетраона (7d, Таблица 2). Поскольку структура исландохинона ревизована, структура его дидезоксианалога также должна быть пересмотрена, соответственно, в пользу (7aS*,13aS*)-5,9,12,13a-тетрагидрокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)тетраона (7е).

Попытка гидролиза диметилового эфира 7с под действием безв. AlCl3 в PhNO2 привела к сложной смеси продуктов, в которой исландохинон надежно идентифицирован не был. В то же время, деметилирование - 14 субстрата 8b под действием того же реагента привело к монометиловому эфиру 8c с низким выходом. О положении метоксигруппы в структуре продукта 8с можно говорить с достаточной долей уверенности. Хиноидная метоксигруппа (при С-2) исходного субстрата 8b является, по сути, винилоговой сложноэфирной и, поэтому более лабильной в условиях гидролиза, чем ароматическая (при С-11). В H ЯМР спектре продукта 8с значения ХС сигналов протонов при С-6 и С-13а практически совпадают с соответствующими значениями ХС сигналов протонов исходного субстрата 8b, что еще раз подтверждает их значение для анализа структур соединений данной группы (Таблица 2).

OH O O OH O OH O OH OH HO O O O O O OH O OH OH O Me Me OH O Me Me 7d 7e OH O OH O Me OH O O HO OH 13a O 7a MeO O OH Et OH OH O OH O Me 8c Кроме исландохинона (7d), из лишайника C. islandica был выделен его мономер, этилмомпаин (10). Попытки конвертировать этилмомпаин в исландохинон под действием кислорода воздуха, в том числе под действием УФ-облучения, не привели к желаемому результату. Это укрепляет предположение о том, что исландохинон является не артефактом, а продуктом биосинтеза.

2.2. Конверсия 2,3-дигидроксинафтазаринов в производные изохинолино-1,3,4(2Н)-триона Среди гидроксинафтазаринов производные, содержащие две и более -гидроксигрупп, до недавнего времени оставались труднодоступными, поэтому их химические свойства изучены слабо. К этой группе соединений относятся и спиназарины (2,3-дигидроксинафтазарины), большая часть из которых выделена из морских ежей.

Ранее было установлено, что взаимодействие гидроксинафтазаринов типа 11 с водным раствором аммиака протекает региоспецифично по карбонильной группе при С-1 с образованием производных 8-аминоюглона 12 (Схема 3).

- 15 Схема OH O OH NH O NHR3 2 OH R3 OH R3 OH NH3.H2O R2 R1 R2 R1 R2 ROH O OH O O HO 11 11,12 R1,R2,R3=H, Alk, Hal, OMe;

В то же время на примере эхинохрома (13) было показано, что взаимодействие тригидроксинафтазаринов с тем же реагентом приводит к образованию производных 2-аминонафтазарина, в данном случае эхинаминам А (14) и В (15), - метаболитам, недавно выделенным из морского ежа Scaphechinus mirabilis.

OH O OH O OH O HO 7 2 OH HO NH2 HO OH.

6 Et OH Et OH Et NHOH O OH O OH O 13 14 Столь разное поведение моно- и дигидроксинафтазаринов в условиях аминирования побудило нас к изучению влияния природы заместителей в положении 6 и 7 на направление реакции спиназаринов с водным раствором аммиака. В результате проведенных исследований было установлено, что на направление реакции замещенных спиназаринов с водным раствором аммиака ключевое влияние оказывает гидроксигруппа при С-6(7). Так, в отличие от эхинохрома (13), взаимодействие его алкоксипроизводного 16а с указанным реагентом при комнатной температуре неожиданно привело к смеси изомерных изохинолинотрионов 17а и 17b (1:2,8). Дезоксианалог эхинохрома 16b и метилспиназарин (16c) в тех же условиях дали, соответственно, смеси продуктов той же природы 17c, 17d и 17e, 17f (1:1,5, ЯМР 1Н).

OH O OH O OH O R2 OH R2 8 Me NHNH.

R1 OH R1 5 O Me OH OH O OH O OH O 16 R1,R2: Et,EtO(a); 17 R1,R2: Et,EtO(a);EtO,Et(b);

Et,H(b);Me,H(c);Me,Me(d); Et,H(c);H,Et(d);Me,H(e);

EtO,EtO(e);OH,OH(f). H,Me (f);Me,Me(g);EtO,EtO(h).

В силу симметричности структур, из спиназаринов 16d,e при взаимодействии с водным аммиаком были получены индивидуальные изохинолинотрионы 17g,h. С другой стороны, спинохром Е (16f), при - 16 взаимодействии с водным раствором аммиака, дал сложную смесь продуктов ненафтазариновой природы. При анализе структуры соединений, входящих в состав смесей, 17а,b, 17c,d и 17e,f ключевую роль сыграло установление структуры индивидуальных продуктов 17g и 17h.

Так, в ИК-спектрах соединений 17g,h кроме полос поглощения в области 1601 - 1671 см-1, принадлежащих участвующим в ВМВС карбонильным группам при С(1) и С(4), наблюдаются интенсивные полосы в области 1742 - 1744 см-1, указывающие на наличие в этих соединениях несвязанных ВМВС групп С=О. Кроме того, в указанных спектрах отчетливо проявляются полосы поглощения валентных колебаний N-H (соответственно 3359 и 3358 см-1). В спектрах ЯМР 13С продуктов 17g,h в области ароматических сигналов имеются лишь девять сигналов атомов углерода вместо десяти, наблюдаемых в общем случае в спектрах исходных субстратов 16а-e. В дополнение к ним в спектрах ЯМР N в области слабого поля наблюдаются сигналы имидного атома азота. В массспектрах соединений 17g и 17h пики молекулярного иона имеют нечетные значения, что подтверждает наличие атома азота в их структурах (см.

Экспериментальную часть). Окончательный вывод о строении продуктов 17g,h был сделан на основе результатов двумерного эксперимента НМВС (Таблица 3). Сравнение спектральных характеристик изохинолинотрионов 17g,h со спектрами смесей продуктов 17а-f позволило сделать однозначный вывод о строении последних.

Таблица 3. Корреляции 1Н-13С в эксперименте НМВС и химические сдвиги Н изохинолинотрионов 17g,h (700 МГц, ДМСО-d6) Соединение 17g Соединение 17h (1Н) (1Н) Группа НМВС, С: Группа НМВС, С:

(м.д.) (м.д.) -C7OCH2CH3, -C6CH3 2.24 C5, C6, C7, C9 -C7OCH2CH3 1.-C7OCH2CH-C6OCH2CH3, -C7CH3 2.26 C6, C7, C8, C10 -C6OCH2CH3 1.-C6OCH2CHC4a, C5, C6, C4, -C7OCH2CH3, -C5OH 11.92 -C7OCH2CH3 4.C7 -C7OCH2CH3, CC7, C8, C8a, C6, -C6OCH2CH3, -C8OH 12.12 -C6OCH2CH3 4.C1 -C6OCH2CH3, C-NH 12.26 C8a, C1, C3, C4 -C5OH 11.67 C4a, C5, C-C8OH 12.03 C7, C8, C8a -NH 12.Наблюдаемая реакция протекает через раскрытие хиноидного цикла субстратов 16а-e. Однако первым актом взаимодействия указанных 2,3-дигидроксинафтазаринов с аммиаком, по-видимому, как и в случае - 17 реакции с эхинохромом (13), является формальное замещение одной из гидроксигрупп аминогруппой. На это указывает то, что в условиях реакции полупродукт 18 легко превращается в производное изохинолинохинона 17g. Аминогидроксинафтазарин 18, подобно 2,3-дигидроксинафтазаринам, под действием кислорода воздуха окисляется, в данном случае, до 2-амино3-гидрокси-2,3-эпоксинафтазарина 19 (Схема 4). Дальнейшее превращение спиназаринов 16a-e в соответствующие производные изохинолинохинона 17a-h под действием водного раствора аммиака на примере субстрата 16d протекает через окислительное расщепление гликоля 20, образовавшегося при раскрытии эпоксидного цикла полупродукта 19, циклизацию моноамида фениленбис(оксоуксусной кислоты) 21 и окислительное декарбоксилирование -гидроксикислоты 22.

Схема OH O O O O OH Me OH OH OH NH3.H2O [O] H2O OH.

O OH Me OH NH2 NHNHOH O O O O [O] 16d 19 OH O OH O COOH Me COOH NH [O] NH..

..

-CONHMe O O OH O O O O 17g Квантово-химические расчеты показывают, что структура 5,8-дигидроксиизохинолино-1,3,4(2Н)-триона 17g на 17.1 ккал/моль выгоднее структуры таутомера 23, несущего пиридиндионовый фрагмент, и на 19.5 ккал/моль - таутомера 24 с бензохиноновым фрагментом (Схема 5). Таким образом, кето-енольное равновесие 17g 23 практически целиком смещено в пользу изохинолино-1,3,4(2Н)-триона 17g.

Схема O HO Me N Me OH (G= 2.44 ккал/моль) (G= 19.52 ккал/моль) O HO OH O OH O Me Me NH N Me O Me OH OH O OH O.

(G= 0.00 ккал/моль) 17g (G= 17.08 ккал/моль).

- 18 В реакционных смесях, которые образуются при обработке спиназаринов 16a-e водным раствором аммиака, всегда обнаруживаются лабильные продукты, которые при подкислении растворов или попытке их очистки на силикагеле (H+-форма) легко превращаются в соответствующие изохинолино-1,3,4-трионы 17а-h. Анализ реакционной смеси, полученной при взаимодействии спиназарина 16d с водным аммиаком, показывает, что соответствующий лабильный продукт может образовываться непосредственно при взаимодействии изохинолинотриона 17g с реагентом.

В ЯМР 1Н спектре этого продукта† кроме сигналов протонов гидроксигрупп при С-5,8 ( 12.93 и 10.93 м.д.) и имидного протона ( 8.м.д.) наблюдается уширенный сигнал протона иминогруппы ( 7.21 м.д.), что позволяет предложить для него структуру 25 (Схема 6).

Схема OH O OH O OH O Me Me Me Me NH NH3.H2O NH CH2N2 N H+ Me O Me O Me O OH O OH NH OH NH 17g 25 Доводом в пользу строения иминопроизводного 25 являются результаты изучения структуры продукта его метилирования под действием CH2N2, который оказался более стабильным соединением.

Особенностью ЯМР 1Н спектра этого продукта является наличие протонов N-метильной ( 3.45 м.д.) и иминогруппы ( 7.09 м.д.). Отличительной особенностью ИК-спектра N-метильного производного является наличие полосы поглощения валентного колебания N-H при 3438 см-1, указывающие на присутствие группы NH в его структуре. В масс-спектре продукта наблюдается пик молекулярного иона, подтверждающий бруттоформулу продукта 26. Окончательный вывод о строении N-метильного производного 26 был сделан на основе результатов двумерного эксперимента НМВС (Таблица 4).

Таблица 4. Корреляции 1Н-13С в эксперименте НМВС и химические сдвиги Н соединения Группа (1Н)(м.д.) НМВС, С:

-C6CH3 2.21 C5, C6, C-C7CH3 2.24 C6, C7, C-NCH3 3.45 C1, C-NH 7.-C5OH 10.-C8OH 13.35 C7, C8, C8a † В образце всегда присутствует 17g вследствие обратной конверсии.

- 19 Необходимо отметить, что производные изохинолинохинона найдены в природных объектах и обладают широким спектром биологической активности.

2.3. Синтез спинохрома Е – пигмента морских ежей рода Echinothrix OH O HO OH HO OH OH O 16f Ранее спинохром Е был синтезирован по схеме 7, ключевой стадией в которой явилась реакция нуклеофильного замещения атомов хлора на метоксигруппы в 2,3-дихлор-6,7-диметоксинафтазарине (27) под действием раствора MeONa в MeOH. Ионизация гидроксигрупп при С-5,8 субстрата 27 оказывает ингибирующее действие на протекание реакции нуклеофильного замещения, и для её осуществления понадобился огромный избыток реагента. Так, для замещения атомов хлора на метоксигруппы в 80 мг (0.25 ммоль) дихлорнафтазарина 27 потребовалось кипячение субстрата в 800 мл насыщенного раствора MeONa (3125 ммоль!) в MeOH в течение двух дней, и все попытки улучшить это соотношение не дали существенных результатов. Результатом этой реакции явился триметиловый эфир 28 (34%), который был гидролизован в спинохром Е (16f) под действием конц. HBr.

Схема OH O OH O MeO Cl MeO OH MeONa HBr 16f 4 MeOH MeO Cl MeO OMe OH O OH O Вследствие чрезвычайно невыгодного соотношения субстрат – реагент на стадии конверсии 2728 описанная методика мало подходит для получения необходимых для биологического тестирования количеств спинохрома Е. Более продуктивным к синтезу препаративных количеств спинохрома Е оказался подход описанный ранее для последовательной конверсии 2,3-дихлор-1,4-нафтохинонов в 2-гидрокси-3-нитро- и далее 3-амино-2-гидрокси-1,4-нафтохиноны, и позднее адаптированный для синтеза соответственно 2-гидрокси-3-нитро- и 3-амино-2гидроксинафтазаринов (Схема 8).

- 20 Схема OH O OH O OH O EtO OH EtO Cl EtO OH [H] NaNOAlCl16f PhNOEtO NHEtO Cl EtO NOOH O OH O OH O 30 Согласно cхеме 8, исходным субстратом в синтезе спинохрома Е (16f) явился дихлордиэтоксинафтазарин 29, который в водно-спиртовом растворе NaNO2 легко превращается в гидроксинитропроизводное 30 с хорошим выходом. Восстановление полупродукта 30 под действием Na2S2O4 дает аминогидроксинафтазарин 31. Однако попытки прямой конверсии аминоэтоксинафтазарина 31 в спинохром Е (16f) под действием конц. HBr или HBr-HOAc приводили к сложным смесям продуктов, в том числе ненафтазариновой природы. Наиболее подходящим реагентом для этой цели оказался раствор безв. AlCl3 в нитробензоле. Полученный в результате гидролиза аминоэтоксипроизводного 31 под действием этого реагента продукт 16f оказался во всех отношениях идентичным пигменту, выделенному ранее из морских ежей рода Echinothrix.

2.4. Синтез нафтохинон-углеводных конъюгатов негликозидной природы При изучении реакции переэтерификации эфиров гидроксинафтазаринов в основной среде, было обнаружено, что в нее вступают лишь первичные спирты. Это побудило исследовать поведение в этой реакции, в качестве модели, метилглюкозида 32, производного глюкозы, содержащего первичный (при С-1) и вторичные (при С-2, С-3 и С-4) гидроксигруппы. Было установлено, что монометиловый эфир нафтопурпурина 33а при взаимодействии с метилглюкозидом 32 дает конъюгат 34а с выходом 66% (Схема 9).

В спектре Н ЯМР полученного продукта наблюдаются сигналы протонов хиноидной, в том числе протонов -гидроксигрупп ( 12.19 и 12.62 м.д.) и протона при-С-3 ( 6.25 м.д.), и углеводной части молекулы.

Схема OH O OH O CH2OH R2 OMe R2 O O O MeONa + OH 4 OH ДМСО R1 R1 HO OMe HO OMe OH O OH O OH OH 32 34a,c 33a,c 33,34 R1,R2: H,H (a); Et,OMe (c) - 21 В масс-спектре соединения 34а пик молекулярного иона с m/z 382 [М]+ имеет среднюю интенсивность (22%), а самым интенсивным сигналом, является пик с m/z 206 (100%) соответствующий молекулярному иону соединения (35). Третьим, по интенсивности, является пик углеводного фрагмента (без атома кислорода при С-6) с m/z 178 (15%). Наличие этих пиков в масс-спектре указывает на главное направление фрагментации соединения 34а под действием электронного удара.

OH O OH O OH OMe R OH O OH O 33 R: Me(b); OMe(d) Алкильный заместитель при С-3 препятствует протеканию указанной реакции, поэтому метиловый эфир гидроксидрозерона 33b не реагировал с метилглюкозидом 32 в указанных условиях. В случае диметилового эфира момпаина 33с реакция протекала по незатрудненной метоксигруппе при С-2, с образованием продукта 34с. В то же время, диметиловый эфир спиназарина 34d легко взаимодействовал с метилглюкозидом 32, давая сложные смеси продуктов. Полученные продукты 34a,с растворялись в воде (рН 7), давая стабильные окрашенные растворы.

Описываемая переэтерификация протекает в относительно узком интервале температур (65-70С). При температуре около 100С наблюдается образование трудноразделимой смеси двух продуктов (1 : 2, 1 Н ЯМР). В спектре ЯМР Н прежде всего обращают на себя внимание очень близкие значения ХС сигналов протонов -гидроксигрупп одного из соединений, входящих в состав смеси ( 12.26, 12.27 м.д.). ХС сигналов протонов -гидроксигрупп нафтазаринов чрезвычайно чувствительны к структурным изменениям происходящим в ядре и на переферии и, поэтому, такая близость их значений однозначно указывает на появление в положении 3 кислородсодержащего заместителя той же природы, что и при С-2. Сравнение ЯМР Н спектров метилглюкозида 32, углеводной части конъюгата 34а и соединений полученной смеси позволило заключить, что главным её компонентом является триоксабициклоундекан 36. Он образуются в результате внутримолекулярного присоединения к хиноидному фрагменту образовавшегося продукта 34а спиртовой группы при С-3 углеводного фрагмента. Этой реакции, несомненно, способствует сближенность двойной связи хиноидного фрагмента и гидроксигруппы углеводного остатка соединения 34, поскольку известно, что в общем случае, в отличие от 1,4-нафтохинонов, их 5,8-дигидроксипроизводные (нафтазарины) не присоединяют спирты и воду.

- 22 OH O O O H / HO OMe O H OH OH O Для соединений 34а,с была измерена цитотоксическая активность по отношению к опухолевым клеткам моноцитарной лейкемии человека линии THP-1 (MTS-метод). В этом эксперименте соединения 34а,с показали умеренную цитотоксическую активность (IC50 = 9.2 и 26.3 М соответственно).

Выводы 1. Установлено, что конечными продуктами окислительной димеризации замещенных 2-гидрокси-3-этилнафтазаринов под действием диоксида свинца являются гидроксиэтилдиоксабензо[a]тетрацентетраоны, изомерные по взаимному расположению гидроксигруппы и этильного радикала при С-7а и С-13а.

2. Впервые синтезирован (7aS*,13aS*)-5,9,12,13a-тетрагидрокси-7,14диокса-2,3,10,11-тетрахлоро-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)-тетраон, структура которого определена методом РСА.

Сравнение спектральных характеристик полученного соединения и исландохинона, метаболита лишайника Cetraria islandica, позволило пересмотреть его структуру в пользу (7aS*,13aS*)-2,5,9,11,12,13aгексагидрокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)-тетраона.

3. Впервые синтезирован (7aS*,13aS*)-5,9,12,13a-гексагидрокси-2,11диметокси-7,14-диокса-6,7a-диэтилбензо[a]тетрацен-1,4,8,13(7aH,13aH)тетраон, диметиловый эфир исландохинона.

4. Установлено, что 6(7)-(ди)алкильные и 6(7)-(ди)алкоксильные производные 2,3-дигидроксинафтазарина в условиях реакции аминирования превращаются в производные 5,8-дигидроксиизохинолино1,3,4(2Н)-триона. Выявлено влияние гидроксигруппы при С-6(7) спиназаринов на направление реакции.

5. Разработан препаративный синтез спинохрома Е, метаболита морских ежей рода Echinothrix.

6. Впервые синтезированы представители неизвестного ранее типа водорастворимых нафтохинон-углеводных конъюгатов негликозидной природы 1-О-метил-6-О-(1,4-дигидро-5,8-дигидрокси-1,4-диоксонафтален-2-ил)-глюкопиранозид и 1-О-метил-6-О-(1,4-дигидро-5,8-дигидрокси-7-метокси-1,4-диоксо-6-этилнафтален-2-ил)-глюкопиранозид, в которых нафтазариновый и моносахаридный фрагменты связаны между - 23 собой простой эфирной связью с участием первичной гидроксигруппы углевода.

7. Показано, что полученные нафтохинон-углеводные конъюгаты негликозидной природы проявляют умеренную цитотоксическую активность по отношению к опухолевым клеткам моноцитарной лейкемии человека линии THP-1.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Борисова К. Л., Мельман Г. И., Денисенко В. А., Глазунов В. П., Ануфриев В. Ф. Конверсия 2,3-дигидроксинафтазаринов в производные изохинолин-1,3,4(2Н)-триона // Изв. АН. Сер. хим. 2012. № 3. С. 613-619.

2. Борисова К. Л., Ануфриев В. Ф. Простой препаративный синтез спинохрома Е – пигмента морских ежей рода Echinothrix // Химия природ.

соедин. 2012. № 2. С. 187-189.

3. Борисова К. Л., Мельман Г. И., Ануфриев В. Ф. Конверсия 2,3дигидроксинафтазаринов в производные изохинолинохинона // Тезисы докладов XIV Молодежной конференции по органической химии.

Екатеринбург. 10-14 мая 2011 г. С. 316-317.

4. Борисова К. Л., Пелагеев Д. Н., Ануфриев В. Ф. Ревизия структуры исландохинона // Сборник тезисов Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы органической химии». Новосибирск.

9-14 июля 2012 г. С. 14.

5. Пелагеев Д. Н., Борисова К. Л., Драган С. В., Похило Н. Д. Нафтохинонуглеводные конъюгаты негликозидной природы - новый тип водорастворимых производных нафтохинона // Сборник тезисов Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы органической химии». Новосибирск. 9-14 июля 2012 г. С. 28.

- 24 Борисова Ксения Леонидовна Гидроксилированные нафтазарины в синтезе природных хиноидных соединений и их аналогов Автореферат Подписано в печать _______ Формат 60х84/16 Тираж 100 экз.

Усл. печ. л. 1.0 Заказ № _______ Отпечатано в типографии «_______» 690_____, г. Владивосток,___________, тел.: _____________






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.