close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

744

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Йа правах рукописи
КОМБАРОВ Роман Викторович
2-ХЛОРХИНОЛИН-З-КАРБАЛЬДЕГИДЫ
В СИНТЕЗЕ НОВЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Специальность 02.00.10 - Биоорганическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Москва 2004
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ч
Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета
Московского Государственного Университета им М В Ломоносова и в ООО
«АСИНЭКС»
Научный руководитель
доктор химических наук, профессор
М А Юровская
Официальные оппоненты1
доктор химических наук профессор
доктор химических наук, профессор
В А Дорохов
А В Варламов
Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие
«Государственный научный центр по антибиотикам»
^С/» ££1С-&У?е~4,
££1С-&У?е~4, 2004 г в*** час. на заседании
Защита состоится «^С/»
диссертационного совета К 220 043 04 при Московской сетаскохозяйственной
академии им К.А Тимирязева по адресу 127550, Тимирязевская ул, 49
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА
Автореферат разослан «
Ученый секретарь
Диссертационного совета
»
l/
r^tn
*^-*с*-^>
Г П Токмаков
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы; Разнообразие и широта биологического действия
соединений, содержащих хинолиновый фрагмент, общеизвестны. Поэтому
поиск новых производных на основе хинолиновой системы представляет.
интерес как с точки зрения фундаментальных исследований по разработке
методов получения и изучению
химических свойств, так и в плане
целенаправленного синтеза соединений этого класса с прогнозируемыми
биологическими свойствами. Особое внимание химиков привлекают
разнообразные полициклические хинолинсодержащие системы, поскольку
среди них обнаружены соединения, обладающие высокой биологической
активностью. Так, среди 2,3-конденсированных трициклических систем на
основе хинолина обнаружены соединения проявляющие антивирусную,
антибактериальную, противовоспалительную активность, а также являющиеся
регуляторами нейродегенеративных процессов. Очень перспективной с точки
зрения потенциальной биологической активности представляется система 4,5дигидро[1,4]оксазепино[7,6-&]хинолин-3(2Н)-она и ее трициклические аналоги
с меньшим размером аннелированного цикла До сих пор в литературе сведения
о таких гетероциклических структурах отсутствуют.
Таким образом, разработка методов синтеза новых 2,3-конденсированных
трициклических хинолиновых производных, изучение их химических и
биологических свойств систем является актуальной задачей.
Для решения этой задачи в качестве универсального синтона нами была
выбрана система 2-хлорхинолин-З-карбалъдегида, в которой присутствуют два
реакционноспособных электрофильных центра - альдегидная группа в
положении 3 и подвижный атом галогена в положении 2. Такое сочетание
позволило нам использовать этот синтон для получения разнообразных
производных самого хинолина, а также
широкого спектра новых
гетероциклических систем на его основе. Кроме того, задачей работы, явилось
исследование биологических свойств впервые полученных соединений с
помощью комплексного подхода, включающего в себя этапы компьютерного
скрининга с последующим проведением опытов на реальных биомишенях.
Цель работы:
1. Разработка универсального метода получения производных; 4,5дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов,
позволяющего
варьировать заместители практически в любом положении
гетероциклической системы.
2. Расширение синтетических
возможностей
использования 2хлорхинолин-3-карбальдег вда в качестве универсального синтона для
фонд неумной литературы
d фУУ?
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
получения новых гетероциклических систем на основе хинолинового
цикла
3
Синтез наиболее перспективных (по результатам виртуального
скрининга) производных хинолина
4
Биологические испытания синтезированных структур и поиск
корретяшш структура-свойство
Научная новизна и практическая значимость Найдены и разработаны
синтетический
подходы
к
ранее
неизвестным
системам
4 '>дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н) она,
3,4-дигидро-2Н[1,3]тиазино[6,5-6]-хинолина и 3,4-дигидро-2Н-[1,3]оксазино[6 5-£>]хинолона-2,
содержащим заместитечи разного электронного и пространственнорохарактера В качестве исходных субстратов во всех случаях испочьзовались
тегко доступные 2-хлорхинолин-Ч-карбальаегиаы
Разработан способ восстановитетыюго аминирования замешенных 2хинотон-3-карбальдегидов и на его основе впервые потучены нипвесглые
ранее 3-аминометильные производные чинолона-2
Найден препаративный метод синтеза ряда новых производных 4аминозамещенных
2 хлорхинолин-3-карбальдегидов
по
реакции
репюсеаективного нуклеофнльного замещения подвижного атома галогена в
потоженни 4 6 метокси-2 4 дихторхинолин-3-карбальдегида серией вторичных
аминов
Среди порученных
хиночиновых
производных
проведен поиск
биотогически активных соединений, с использованием комтексного подхода
вклгочаюшего
стадию компьютерного чодетирования с помощью
программного пакета SYBYL 6 9 (Tripos Inc ), с посчедуюшим проведением
опытов на реальных биомишенях ш vitro
По результатам виртуального скрининга удалось выявить определенную
корреляцию структура свойство, и. в итоге, значитечьно сузить поте поиска
наиболее активных соединений В испытаниях m vitro сречи производных 3аминометилхинолона-2 быта найдены ингибиторы фермента каспоза 3
Установлено, что наибольшая активность набчюдается дтя производных 3аминометит\инолона-2, содержащих у атома азота аминометильной группы
арильный или азогетарильный заместитеть Полненные данные реальных
биологических тестов хорошо сопасуются с прогнозом, почученным в
результате виртуального скрининга
Апробация работы материалы диссертации были представтены на 11*
FECHEM Conference on Heterocycles in Вю-organic Chemistry (Barcelona Spain
2002) и на XXXVIII Всеросийской научной конференции по проблемам
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
математики, информатики, физики, химии и методики преподавания (Москва,
2002).
Публикации: по результатам диссертации опубликованы 3 статьи, 2
тезиса докладов.
Структура и объем диссертации; диссертация состоит из введения,
литературного обзора по синтезу 1,4-бензоксазепинов их аннелированных и
гетероциклических аналогов, обсуждения результатов, экспериментальной
части, выводов, списка цитированной., литературы и приложения Работа
изложена на 135 машинописных страницах. Библиография включает ссылки на
137 научных публикаций.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Синтез производных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-она
(А),
н
На основании анализа литературных данных наиболее перспективным
является способ, основанный на аннелировании оксазепинового фрагмента к
готовому хинолиновому ядру. Обобщенная схема синтеза представлена ниже
R
R"-NH,
£qc—i
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из предложенной схемы видно, что в качестве основного субстрата
содержащего хинолиновый фрагмент, выступают производные 2-клорхинолин3-карбальдегида, синтез которых представляет самостоятельную задачу
Синтез замешенных 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов
За основу синтеза мы выбрали предложенный в татературе сравнительно
недавно оригинальный способ формирования функционально замешенного
хинолинового ядра из ацетанилидов в >словиях форматирования по
Вильсмайеру-Хааку
DDMF
2)РОС1,
la R1, R2=H, b R'=3-Me R:=H, c R'=2 Me, R2-H , d R'=2 Et, R*=H e
R'=2 Bn, R~=H. f R'=4-EtO, R'=H, g R'=4-MeO, R:=H, h Rl=2 Me R:=3 Vie , i
R'=2-Me R*=4 Me, j R'=2 Me, R2=5 Me, k R'=3-Me, R:=5 Me, 1 R'+ R*=3 40C№0 m R'=3-MeO, R2=H. n R'=3-EtO, R;=H
2a R1, R:=H (73°*c), b R'=7 Me. R:=H (84е?,), с R'=8-Me, R'-H (54 С С), d
R'=8-Et, R2=H (60°b), e R'=8 Bn, R:=H (48^), f R =6-EtO, R2=H (60^), g R'^6
MeO R;=H (68°b), h R'=7-Me, R:=8-Me (75^), i R'=6-Me, R:=8-Me (65^c) j
R'=5 Me, R'=8-Me (55^), k R'=5 Me, R2-7-Me (78е?.), I R + R;=V-OCH.O
(72^) m R'=7 MeO, R;=H (81^) n R'=7-EtO, R : = H (60^c)
Мы отработали оптимальные устовия проведения реакции порядок
добавления реагентов, время и температуру В зависимости от характера
заместителей в бензольном кольце время реакции колеблется от 4 до 20 ч а
выходы от 50 до 80"о
Об образовании 3-хинолинкарбальдепшов свидетечьствуют танные
спектров ЯМР *Н Так, дта полученных альдегидов 2а-п характеристическими
являются синглетный сигнал протона в положении 4 при 8 5 м л д также
синглет альдегидного протона при 12 м д
В случае эчектронакцепторных заместителей в исходных анилидах
выходы цетевых чинолинкарбальдегидов не высоки Так при испочыовании
ацетанилидов, содержащих нитрогруппу, целевой хинотинкарбальдегид нами
не был обнаружен вовсе
Нитрогруппу или галогенные заместитета (С1, Вг) лучше вводить уже в
готовый хнночиновый цикл по реакции прямого члектрофильного замещения
Известно, что эчектрофильное замещение в хинолинах идет по бензольному
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кольцу в положения 5 и 8. Причем, реакции электрофильного замещения
особенно гладко протекают при наличии в положениях 6 и 7 заместителей с
ярко выраженной электронодонорной природой, такими, например, как
алкоксигруппа. Действительно, мы успешно провели реакции нитрования и
бромирования б-метокси-2-хлорхинолин-З-карбальдегида (2g) по известной
методике
N0,
-O-^W^
^„
НН0 3 яым.,Н г 50 4 К онц.
N
a
0°С
а
Бг,
N
2g
а
1,2,4-трхлорбензаг 120°С
N
а
2р(43%)
-'
Существенным ограничением данного метода построения хинолиновой
системы следует признать невозможность прямого варьирования заместителя в
положении 4 хинолинового ядра. По литературным данным существует очень
ограниченное число методов получения таких производных. В основе одного из
таких способов также лежит реакция Вильсмайера-Хаака, но в качестве
субстрата в этом случае используется З-арилизоксазолоны-5, которые в
представленных условиях трансформируются в 2,4-дихлорхинолин-Зкарбальдегиды. В нашей работе в качестве исходного мы использовали 3-(4метоксифенил)изоксазолон-5, что позволяет получать соответствующий 6метокеи-2,4-дихлорхинолин-3-карбальдегид с хорошим выходом, вероятно,
благодаря активирующему влиянию метоксигруппы в бензольной части
исходного гетероцикла.
2q 40%
Дополнительная модификаяия описанного в литературе альдегида 2q с
целью получения новых производных была проведена за счет взаимодействия
этого субстрата с серией вторичных аминов, которые наиболее часто
используются как фармакофорные единицы, а именно пирролидином,
морфолином, пипиридином и N-этилпиперазином и N-метиланилином.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HNRR2
2r R1NR2= 1-(4-этичпиперазинич) (47%), s 1-(4-метилпиперидинил) (66°с) t 4(морфолинил) (25%), u 1-(пирролидинил) (78°c), v М-метич(фенил)амино(15("'57)
Мы установили, что взаимодействие 6-метокси-2 4-дихчорхиночин 3карбальдегида
с разнообразными вторичными
аминами
проходит
региоселективно с замещением хлора в положении 4 и образованием
аминопроизводных 2r-v Дчя алифатических вторичных аминов наитучшне
резучьтаты бычи достигнуты при проведении реакции в этиловом спирте-и~
присутствии 1 экв триэтиламина Выходы соединений 2r-v варьируются от
умеренных до высоких и зависят, в основном, от растворимости продуктов в
этиловом спирте Исключение составил гочько синтез соединения 2v Для его
почучения требуются бочее жесткие усчовия дчитечьное нагревание в ДМФА
в присутствии
2 экв поташа и 2 JKB N-метичанилина Подтверждение
структуры 4 аминозамещенных производных 2-хлорхинотан-З-карбальдегида
мы потучили с помощью эксперимента 2D NOESY на примере продукта
взаимодействия
6-метокси 2,4-дихторхинолин-З-карбальдегида
с
N1 гилшшеразином В спектре 2D NOESY присутствуют
кросс-пики
отражающие специфическое взаимодействие (сближенность в пространстве)
протона в почожении 5 чино чипового ядра, с протонами метиленовых групп
пиперазинового цикла, что однозначно свидетечьствует в ПОЛЬЗУ структуры 2г.
Таким
образом
синтез
2-ччорхинолин-З карбальдегшюв
с
испоаьзованиеч реагента Вильсмайера-Хаака
в сочетании с другими
способами модификации позволяет почучать широкий спектр разнообразных
хшюлиновых субстратов, которые мы использовали для дальнейших
превращений
Гидролиз 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов
Полученные 2 клорхинолин-3-карбальдегиды 2а-р достаточно 1егко
гидролизуются до соответствующих 2-хинолоновых производных За-р,
находящихся в равновесии с таутомерной 2-гидроксиформой
кипячение
2а-р
3j-p
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За R\ R2=H (78%); b R'=7-Me, R2=H (79%); с R ^ - M e , R2=H (74%); d
R'=8-Et, R2=H (82%); e R'=8-Bn, R2=H (85%); f R'=6-EtO, R2=H (73%); g R'=6MeO, R2=H (68%); h R'=7-Me, R2=8-Me (74%); i R'=6-Me, R2=8-Me (78%); j
R'sS-Me, R2=8-Me (74%); к R'=5-Me, R2=7-Me (78%); 1 RJ+ R2=3,4-OCH2O
(80%); m Rl=7-MeO, R2=H (64%); n R'=7-EtO, R2=H (65%), о R'=5-NO2, R2=6OMe (82%); p R^-Br, R2=6-OMe (78%);
Самые лучшие результаты гидролиза были достигнуты при
использовании 70-90% водной уксусной кислоты, при этом выходы в реакции
достаточно высоки и выделенное вещество часто не требует дополнительной
очистки. Характерным для спектров ЯМР ] Н 2-хинолонов является уширенный
сигнал протона группы NH в области 10.5-11.5 м.д.
Особый случай представляет собой синтез
2-оксо-6-фтор-1,2дигидрохинолин-3-карбальдегида (3q) из 4-фторацетанилида (1о) . с
выделением интермедиата С, который при нагревании при 200 °С в ПФК
образует продукт циклизации 3q
...
•
При
попытке
гидролиза
4-аминопроизводных
2-хлорхинолин-Зкарбальдегида 2r-v мы столкнулись с трудностями, связанными с образованием
в результате гидролиза смеси продуктов. Гидролиз проводили в разных
условиях (80% СНзСООН; 4н., 6н„ 12н. НС1; 4н. НС1 и каталитическое
количество НгСЬ; ПФК), однако, ни один из вариантов не привел к желаемому
результату. В качестве основного продукта во всех случаях был выделен 2,4дигидрокси-б-метоксихинолин-З-карбальдегид.
В целом, полученные нами результаты позволяют синтезировать
достаточно обширный и представительный ряд новых хинолоновых
альдегидов.
Синтез З-аминометилхинолонов-2
Синтезированные хинолонкарбальдегиды проявляют все характерные для
ароматических альдегидов химические свойства, в том числе легко вступают в
реакцию с первичными аминами с образованием оснований Шиффа 4
(расшифровка радикалов представлена в табл.1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
О
Н.\ R
3
4
5
Из многочисленных испробованных вариантов (бензол тотуол, спирты)
наилучшие результаты были достигнуты при использовании в качестве
растворитетя ДМФА, что позволяет сразу выделять продукты с высокой
степенью чистоты без дополнительной очистки В качестве аминной
компоненты в данной реакции мы испопьзовали достаточно широкий спектр
первичных аминов различной природы алкиломины, бензиламины анилины,
гетероциклические амины и тд Иминиевая связь C=N в образующихся
основаниях Шиффа легко восстанавливается боргидридом натрия в метаноле
или этаноле Причем метанол в качестве растворитетя более предпочтителен,
так как выходы и чистота продуктов реакции выше Этиловый спирт явтяется
более подходящим растворитетем в стучае трудно растворимых субстратов гак
как становится возможным проводить реакцию при более высокой температуре
(выходы вторичных аминов представлены в табл 1)
Помимо реакции восстановления подобные азометиновые производные
чиноаина могут вступать в реакцию и с другими н\тотеофилами Так на
примере субстрата 4Ь мы провели реакцию с реактивом Гриньяра (MeVIgl)
выступающего в роли С нуклеофила, с образованием производного 5к
4b
5x( чч)
Данный пример демонстрируют принципиальную возможность
модификации аминометильного фрагмента, что расширяет перспективы
использования азометинов как субстратов для почучения разнообразных
вторичных аминов
С
появлением
в
практике
органического
синтеза
новых
восстанавливающих реагентов стало возможным получение вторичных аминов
без выдетения промежуточных иминиевых соединений Огромный интерес с
этой точки зрения представляют различные производные боргидрида натрия
Нами дтя этих цетей успешно применялся триацетоксиборгидрид натрия
ЧаВН(ОАс)з Реакция восстановитетьного аминирования протекает в 1 2дихлорэтане при комнатной температуре за 8-12 ч и соответствующие
вторичные амины (табл 1) были получены с высоким выходом 70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HjN—R
NaBH(AcO)j
AcOH
1,2-дихлорэтан
*•
H
Таблица 1
Вторичные З-аминометилхинолоны-2 5a-w, полученные с промежуточным
выделением иминов (способ А) и методом прямого восстановительного
аминирования (способ В)
Выход,
Вторичный
Способ
Альдегид
Первичный амин
амин
За
5а
A
78
ЗЬ
5b
A
,77
Зс
5с
A
77
3d
5d
A
78
3f .
5е
В
78
3h
5f
A
84
3j
5g
В
84
Зк
5h
A
73
Зо
5i
В
72
3q
5j
В
76
3b
5k
A
83
Зс
51
A
68
Зе
5m
A
86
31
5n
В
82
75
5o
В
3h
5p
В
70
За
5q
В
79
3b
5r
В
91
Зс
5s
В
84
3f
6a
В
80
3b
6b
В
90
3m
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Зс
6c
A
72
JL
6d
A
97
31
5t
IT
эй
~79~
~75~
~77~
~3c~
I
3h
5w
A
72
3j
5v
A
90
I
Неожиданно, нами быт обнаружен оригинальный способ позвовдюший
потучать некоторые первичные амины, исходя из доступных реагентов в очень
простом экспериментальном оформлении В качестве исходных в этом спчае
были использованы вторичные амины и циклопропильным заместите 1ем v
атома азота 6b,d Оказалось что при нагревании таких производных в ПФК при
160 РС происходит отщетение циклопропильного фрагмента с образованием
первичных аминов 7а и 7Ь
N
s
н
О
н
ПФК
160'С
6b,d
7а R^H. R*=7-Me
NH
у
7а Ь
)< b R =5 Me, R;=8-Me
Мы полагаем, что и для большинства других алкиязамешенных
хинолонов 6, соответствующие первичные амины 7 можно получать к. хорошим
выходом
Структура полученных 3 аминометильных производных доказана
данными хроматомасс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР 'Н По сравнению
с исходныш! альдегидами в спектрах производных 5д-у, ба-d отсутствует
сигнал протона альдегидной группы, и появляются характерные сигналы 3метиленовых протонов в области 3 50 - 4 50 м д
Ацилирование вторичных аминов 5а-у галогеиангидридамн агалогенкарбоновых кислот.
Вторичные
амины
5а-у
достаточно
тегко
аии тируются
галогенангидридами а-галогенкарбоновых кистот Поскольку атом rajioiena в
а-положении достаточно реакционно способен, то возможно протекание
Ю
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
побочных реакций, связанных с замещение подвижного атома галогена или его
элиминированием, что
накладывает определенные требования на тип
используемого растворителя и на температурный режим проводимой реакции.
В результате исследования мы остановили свой выбор на ДМФА, в котором
исходные амины достаточно хорошо растворимы, а продукт реакции
ацилирования как правило выпадает сам, либо при разбавлении водой.
R>
Et,N
H
"
ДМФА
R
2
^ ^
"N" "O
—*•"""*
H
5
8
Выбор галогенангидридов а-галоген карбоновых кислот определялся
коммерческой
доступностью _
реагентов,
за
исключением
хлорфторацетилхлорида, который был получен по известной методике из
соответствующего этилового эфира хлорфторуксусной кислоты. Выходы
реакции представлены в табл. 2.
Таблица 2
Выходы
реакции
ацилирования
галогенангидрндами
агалогенкарбоновых кислот.
Амин
Галогнангидриа ti-
Амид
Выход, %
5а
8a
81
5Ь
8b
71
5с
8c
79
5d
8d
89
5h
8e
89
галоген кислоты
Si
5j
5k
Q
Cl'A^CI
8f
88
8g
98
8h
72
8i
67
5q
Si
85
St
8k
88
5u
81
79
5v
8m
94
5w
8n
86
So
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5b
8о
78
5c
8р
as
5g
8q
81
51
8г
41
51
8s
5b
Jj*
8t
61
8u
6fi
5f
8v
67
5a
8w
5d
5c
5b
8\
Структуры производных аиетамидов 8а-у подтверждены данными
спектроскопии ЯМР]Н
Внутримолекулярная циклизация амидов оа-К
Оптимизацию условий типизации амидов 8 мы проводите с
использованием наиболее "простых" производных 8a-n Исходя из анализа
•штературных данных, подобная циклизация должна протекать под действием
основания в среде, инертной по отношению к подвижному атому галогена в аположении
В основе процесса тежит реакция внлтрнмоаекуаярного
нуклеофильного замещения галогена анионом, образующегося при обработке
основанием субстрата, содержащего чиночоновый фрагмент Дта цик-шзашш
мы пробовали нескочько различных систем растворитепь - основание (ДМФА+
К2СО1, ДМФА+ NaH, EtOH+KOH) Наиболее универсальным оказался метод с
применением в качестве основания гидроксидов калия или натрия, а в качестве
растворителя этилового спирта Гидрид натрия в ДМФА также может
использоваться для ->тих целей, но процесс выделения цетевого вещества в этом
случае более трудоемкий Выходы соединений Юа-х в большинстве саучаев
высокие (табл 3)
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в
о
Hal
N
« .
О
R
.
ч
о
R
10
Доказате1ьство строения П01ученных продуктов цикшзации проводи in
методами чроматомасс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР ' Н и 'С Об
образовании
циктаческой
оксазепиновой
структуры
свидететьствует
исчезновение в спектрах ЯМР 'Н соединений 10а-х сигналов протонов VH (~
10 15-10 20 м д ) хинолонового котьца, характерных дчя исходных амидов 8а-\
В спектре ЯМР ' "С характеристическим является сигнал атома vr «.рода
группы СН; связанной с карбонильной группой На примере соединения We
мы показали, что рассчитанное по аддитивной схеме значение химического
сдвига группы СН; в об части 69 50-70 00 м д совпадает с экспериментальным
699 м д
Таблица 3
Выходы в реакции получения 4,5-дигидро[1,4]оксазеш1но[7,6-А]х1шолин3(2Н)-онов 11л-\
| 4.5-дипшро[1,4]оксазепино[7,6- '
\
'
Амид
j
6]хинолин-3(2Н)-он
Выход, %
...
8а
8Ь
8с
8d
8е
8f
8g
10а
10b
Юс
lOcl
Юе
10f
lOg
71
54
71
81
74
81
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8h
8i
8.1
8k
81
8m
8n
8o
8p
8q
8r
8s
8t
8u
8v
8w
8x
•
lOh
lOi
10j
10k
101
10m
lOn
Юо
Юр
lOq
Юг
10s
lOt
lOu
lOv
lOw
Юх
52
65
74
68
60
58
60
72
64
61
67
54
66
70
74
56
|
64
Таким образом, выбранная нами стратегия синтеза является надежным,
универсальным методом формирования 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,66]хинолин-3(2Н)-онов. Мы полагаем, что такой подход можно распространить
и на другие гетероциклические субстраты, для которых возможны подобные
превращения.
2-Хлорхинолин-З-карбальдегид в синтезе других конденсированных
систем
Изучение химии 2-хлорхинолин-З-карбальдегидов 2а-р показало, что
последние являются синтонами также и для получения конденсированных
гетероциклических
хинолиновых
систем
с
разными
размерами
аннелированного цикла. Подтверждением этому может служить найденный
нами
метод
синтеза
производных
3,4-дигидро-2Н-[1,3]тиазино[6,5&]хинолинов, В качестве исходной хинолиновой структуры для синтеза
дигидротиазинохинолинов мы использовали альдегид 2h. В основе метода
лежит следующая последовательность превращений:
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HN
°
N a B H . MeOH
т
N
12 (*
KOH
H
ErOH
Cl
13a R=Me b R=CH : Ph, с R=4-MeC b H 4
14a R=Me <65<T.) b R=CH t Ph (89%), с R=4 MeQH* (92 е
Эта постедоватечьность включает синтез аминометичьного производного
12, через потучение основания Шиффа с последующим восстановаениеч
боргидридом натрия в метаноле Амин 12 под действием изотиоцианатов
превращается в производные тиомочевины 13а-с, которые отдечьно не
выдеаяти Циклизация >тих тиомочевин в присутствии КОН в спирте приводит
к образованию целевых трициклических систем 14а-с с хорошим выходом
На основе 3 аминометилхинолонов 5t,y мы осуществи ш синтез ранее не
известных производных 3,4 дигидро-2Н-[1,31оксазино[6 5-Ь]хшютона-2 15а,Ь
В качестве пиклизушщего агента в данном спучае мы iu.no 1ьзовали 1,1 карбониядиим1шазо 1, яв гяющийся синтетическим -эквивалентом фосгена
Замыкание оксазинового кольца также проходит под действием основания, в
рота которого iV4iue всего использовать поташ, а в качестве растворитетя в
ацетон, который инертен ко всем компонентам реакции Структур типа 15 в
титературе нами не обнаружено ПОЭТОМУ, данное направтение можно
рассматривать как впотае самостоятельное и требующего отдельного
нсстедования
i
R
з
R
CDI
5t,y
„.
R
*^
з
R
15a,b
5t R'+R 2 = -ОСН2О-, R 3 =unK.ionpomn, v R'=5-Me, R 2 =8-Me, К 3 =тиофенилметил
:
15a R +R = -ОСНчО-, R'=miKnonponHn (40°o), b R'=5 Me, R"=8-Me
3
R =тиoфeнилмeтил (Зб1©)
В рамках данной работы мы не ставили задачу продемонстрировать весь
синтетический потенциал 2-хлорчинолин-З-карбальдегидов но приведенные
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
примеры свидетельствуют о несомненных перспективах в развитии химии этих
систем. Представленные синтетические стратегии достаточно универсальны и,
по нашему мнению, могут быть применены и для других субстратов,
содержащих пиридиновую систему, в котрой в орто -положении к друг другу
находится подвижный атом галогена и альдегидная группа.
Биологические испытания in silico и in vitro, связь структура-свойство*
Важной составляющей данной работы является исследование
биологических свойств полученных соединений. Данные по биологической
активности определяют прикладную значимость исследования и помогают
выбрать направление поиска наиболее активных соединений (соединений лидеров). В качестве потенциальных биомишеней для проведения тестов мы
выбрали несколько доступных нам биологических объектов.
Исходя из анализа структур полученных соединений и анализа
литературных данных, мы решили исследовать, способность различных
производных хинолина выступать в роли ингибитора" фермента каспазы-3,
серотониновых и дофаминовых рецепторов
Каспаза-3 оносится к целой группе каспазных ферментов, участвующих в
механизме апоптоза клетки. Создание соединений, влияющих на эти ферменты,
открывает возможность рационально манипулировать апоптозом, что может
быть
использовано
для
лечения
ряда
болезней,
вызванных
нейродегенеративньши процессами. Дофаминовыые и серотониновые
рецепторы относятся к классу GPCR (G-Protein Coupled Receptor - рецептор,
сопряженный с G-белком). В обширной медицинской литературе отмечается их
роль в регуляции аффективного поведения Соединения, обладающие
способностью к связыванию с рецепторами данного класса, входят в состав
многих лекарственных препаратов, с широким спектром терапевтических
возможностей.
Поскольку тестирование больших массивов соединений требует
колоссальных временных и материальных затрат, то мы использовали
современный подход, позволяющий существенно сократить поле поиска
наиболее активных соединений. Для этого мы провели так называемый
первичный виртуальный скрининг
*автор выражает глубокую признательность сотрудникам
лаборатории биоскрининга ASINEX Афанасьеву И.И. Скосыреву B.C. u
Малышевой Н. С за помощь в проведении этой части работы
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Способность хинолиновых производных tc ингибированию каспазы3("m silico") Для предсказания активности по отношению к ферменту каспаза-3
мы использовали методику докинга соединений, выступающих в качестве
-шганда с каталитическим доменом фермента (метод SBD - Structure Based
Design) Расчеты производились с помощью модуля FlexX программного пакета
SYBYL 6 9 (Tripos Inc ) Информацию о кристаллической структуре каспазы-3
мы брали из общедоступной базы PDB - Protein Data Bank Сущность самого
метода состоит в оценке энергетического выигрыша при связывании чиганда с
активным сайтом фермента
Полученный результат носит
больше
качественный характер, определяющий вероятность того, что соединение
может проявлять заданную активность Для оценки мы использовали
виртуальную базу соединений составленную комбинаторным методом
Оказалось, что наибольшая способность к ингибированию каспазы-3
среди соединений всех типов показали 3-аминометильные производные
хинолиа 5-7, причем тучшие результаты были наблюдались Д1Я произво шых, в
которых у л о м а азота аминометильной группы присутствовал арильный
заместитеть (структура М)
v R'
R
н
VI
R =Аг,
R\ R1 - Alk, OAlk
Таким образом из обшей базы было выделено бочее 50 производных 3аминомети1хинолонов-2, которые можно синтезировать из коммерчески
доступных реагентов по разработанной схеме Синтезированная с учетом
выявленных структурных требований библиотека соединений иепочьзовалась
дчя проведения дальнейших биологических испытаний ш vitro
Активность хинолиновых производных по отношению к рецепторам
типа GPCR ("HI silico").
Проявление активности этого типа мы в первую очередь ожидали среди
соединений ряда 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-£]хинолин-3(2Н)-онов Юа-х,
поскольку именно в этих соединениях просматривались фармакофорные
фрагменты, отвечающие за тгот вид активности Из всего семейства GPCR в
качестве мшпеней мы выбрали дофаминовые (D1 и D2) и серотониновые
(5НТ1 и 5НТ2) рецепторы, так как именно для этой группы рецепторов мы
имети возможность провести испытания in vitro В связи с тем, что структура
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
активного сайта этих рецепторов неизвестна, мы использовали другой метод
виртуального скрининга - Ligand Based Design (LBD). Стандартная процедура
расчетов в этом случае проводится в несколько этапов. Вначале мы изучили
большую базу соединений с уже известной способностью к связыванию с
дофаминовыми и серотониновыми рецепторами. База составлена на основе
данных, которые можно получить, используя традиционные источники: MDDR,
CMC, многочисленная периодическая литература. Эту базу мы использовали в
качестве
стандарта. Методом кластеризации с помощью программного
продукта Daylight Clustering Package (Daylight Chemical Information Systems Inc)
мы разбили эту базу на группы .соединений с общими структурными
особенностями. Внутри этих структур, используя модуль JJisco программного
пакета SYBYL 6.9 (Tripos Inc.), мы выделили фармакофорные элементы и
провели конформационный анализ с целью определить расстояния между
фрмакофорами. Наконец, на последнем этапе мы оценивали «схожесть»
исследуемой молекулы с уже известными ингибиторами каждого конкретного
рецептора. Полученный результат также носит качественный характер, но в
отличие от метода SBD вероятность правильного предсказания методом LBD
существенно ниже и в среднем не превышает 10%.
Для производных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов
были получены отрицательные результаты по отношению к рецепторам всех
типов. Положительный прогноз был зафиксирован только для некоторых
производных системы 10, связанных с модификацией оксазепиновой части
молекулы. Предположительно, более высокая способность к ингибированию
серотониновых и дофаминовых рецепторов будет у соединений, не содержащих
амидных связей. В связи с этим, перспективной становится задача по
разработке
метода
синтеза
2,3,4,5-тетрагидро[1,4]оксазепино[7,6ЭДхинолиновой системы N.
N
Полученные результаты виртуального скрининга позволили выделить
вторичные амины типа 5-7 как наиболее перспективные для проведения
дальнейших испытаний in vitro. Поскольку наибольшая вероятность
обнаружения активности прогнозировалась по отношению к каспазному
ферменту, то при выборе мишени для проведения тестирования мы
ограничились только каспазой-3.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Способность
производных
З-амннометилхинолона-2
к
ингибированию каспазы-3 (ш vitro)*
Используя информацию о структурных требованиях, полученную нами
по результатам виртуального скрининга, мы по разработанной нами методике
синтезировали целый ряд новых 3-аминометильных производных хинолона-2
16а-т (выходы 40-80сЬ) Полученные соединения были испытаны на
способность подавлять протеолитическую активность каспазы-3 Суть метода
состоит в определении активности фермента в присутствии исследуемого
вещества
Фермент,
расшепляя
пептидный
субстрат,
приводит к
высвобождению
флуоресцентно
активного
продукта
Регистрацию
флуоресценции проводили с помощью спектрофотометра Saflre (TECAN) В
качестве стандарта использовался пептидный ингибитор - Ac-DEVD-CHO (ICs 0
~ 4 пМ) Принципиальная схема анализа состоит в следующем
Свежеприготовтенный реакционный буфер, содержащий активный
фермент, разливают в т а н ш е т у для измерения флуоресценции В тунку
планшеты лобавтают раствор анализируемого вещества
(тестируемая
концентрация - 10 цМ) Посте преинкубации фермента с веществом добавляют
субстрат до конечной концентрации 10 (хМ В зависимости от силы
взаимодействия фермеша с анализируемым веществом измепяелся ко шчесшо
свободного флуорофора (7 амино-4-метилкумарин), высвобождаемою в
процессе расщепления меченого субстрата (Ac DEVD АМС) Го есть чем
бо iee сильное влияние вещество оказывает на каталитический сайт фермента,
тем
меньше
наб .юдаемая
флуоресценция
Определение
активности
тестируемых веществ проводили в 2 этапа На первом -этапе проведен отбор
веществ по проценту ингиб1грования активности фермента Для веществ
подавляющих протеолитическую активность каспазы-3 более чем на SO^c
определяли 1С<т - величину, характеризующую концентрацию ингибитора при
которой фермент инактивируется на 50°о Некоторые полученные данные
представ тены в табл 4
Таблица 4
Результаты биологических испытаний некоторых производных 3аминохннолонов-2 в тестах т vitro (ингибирование каспазы-3)
'
V*
|
Структура
|
ГС5о(мкМ)
.
12 1000
16а
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16b
xxxj0*
29.7000
16c
xxp°*
—
13.8000
16d
16e
—
v
16f
21.3000
16g
—
H
16h
23.9000-
loi
2.1000
2.7000
16k
H
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6 8000
161
16m
ccccj-Ъ
6 9000
Анализируя полученные данные по активности всего массива
соединений, мы установили опредеченную зависимость структура свойство
наиболее сильный биологический ответ можно ожидать среди соединений,
содержащих в бензочыюй части чинолинового никла гидрокси- или алкокси
заместшечь а при атоме азота 3-аминометильного фрагмента азотсодержащий
гетероцикл (пиридин, хинолин и т п )
Обобщая полученные результаты, мы можем утверждать, что среди
производных З-аминометилхинолона-2 возможно обнаружение 'соединения
чидера", способного ингибировать фермент каспаза-3 в концентрациях близких
к наномолярным Проявление такого уровня активности открывает
возможность создания новых препаратов, направленных на течение ряда
заболеваний, вызываемых феноменом апоптоза в живых клетках
Выводы
1 На основе 2-х юрхинолин 3-карбальдегидов предчожен универсальный
синтетический
подход
к
ранее
неизвестным
45
Д1тпро[1,4]оксазешшо[7 6-Ь]хшюлин-3(2Н") онам
содержащим
заместите in разно! о эчектронного и пространственного характера в
разтчных почожениях трициклической системы
2 Показана возможность попучения разнообразных серу- и киачородсодержаших трицикчических систем, исходя из 2-хчорхинолин-^карбальдегида
на
примере синтеза
систем
3,4-дигидро-2Н[1,3]тиазино[6,5 Й1хинолина
и
3,4-дигидро-2Н [1 3]оксазино[6 5Ь]хинолона-2
3 Разработан способ восстановительного аминирования зал!ещенных 2
хинолон-3-карбальдегидов и на его основе впервые почучены
неизвесгаые ранее 3-аминометитьные производные хинотона-2
4 Найден препаративный метод синтеза ряда новых производных 4аминозамещешшх
2-члорхиночин-3-карбаг1Ьдегидов
по реакции
региосечективного нуклеофильного замещения подвижного атома
галогена в положении 4 6-четокси-2,4-дихлорхшюлин-3 карбальдегида
серией вторичных аминов Структуры продуктов замещения доказаны с
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
методом хроматомасс-спектрометрии, спектороскопии ЯМР ] Н и
эксперимента 2D NOESY.
5. Проведен виртуальный скрининг среди всех типов синтезированных
хинолиновых производных с использованием программного пакета
SYB YL 6.9 (Tripos Inc.), с целью предсказания активности по отношению
к серотониновым и дофаминовым рецепторам и к ферменту каспаза-3. В
результате удалось сузить поле поиска активных соединений
6. В испытаниях in vitro найдены ингибиторы фермента каспаза-3 среди
производных З-аминометилхинолона-2, содержащих у атома азота
аминометильной группы арильный или азогетарилышй заместитель.
Полученные данные реальных биологических тестов хорошо согласуются
с прогнозом, полученным в результате виртуального скрининга
Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:
1 Р.В.Комбаров, М.А.Юровская «Синтез замещенных 4,5-дигидро[1,4]оксазетшо[7,6-6)хинолинонов-3»,ЛГС, №9, 1310-1311 (2002)
2 Р.В.Комбаров, М.А.Юровская «2-Хлор-З-хинолинкарбальдегид в
синтезе конденсированных систем. 1. Синтез производных 3,4дигадро-2Н-[1,3]-тиазино[6,5-Ь]хинолинов», ХГС, № 3,41-413 (2003).
3 Р.В. Комбаров, А.Г. Комбарова, Г.П. Токмаков, М.А. Юровская
«Синтез
4-аминозамещенных
2-хлорхинолинкарбальдегидов-З»
Известия ТСХА, 2004, вып. 4,12 ? -12>2
4 Комбаров Р.В. Синтез замещенных 4,5-дигидро[1,4]оксазепино[7,66]хинолин-3(2Н)-онов. // В сб.: Тез. докладов XXXVIII Всеросийской
научной конференции по проблемам математики, информатики,
физики, химии и методики преподавания. Химические секции, Москва,
2002, С. 71.
5 М. Yurovskaya, R. Kombarov 2-Chloroquinoline-3-carboxaldehyde - а
convenient synthone for the preparation of 4,5dihydro[l,4](ox)thiazepino[7,6-b]-quinolin-3(2H)-ones. (2-Хлорхинолин3-карбальдегид — удобный синтон для получения 4,5дигидро[1,4](окс)тиазепино[7,6-Ь]хинолин-3(2Н)-онов. // Book of
Abstracts. Eleventh FECHEM Conference on Heterocycles in Bio-organic
Chemistry (Сборник Тезисов 11ой Конференции Европейского
Химического Общества по Гетероциклической и Биоорганической
химии). Barcelona, Spain. 2002, p. 56.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Объем 1,25 печ. л.
Зак. 238
Тираж 100 экз.
Издательство МСХА
127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
928 Кб
Теги
744
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа