Реакции кросс-сочетания и восстановительного сочетания в синтезе биологически активных производных кумаринов

На правах рукописи

ГАНИНА ОЛЬГА ГРИГОРЬЕВНА РЕАКЦИИ КРОСС-СОЧЕТАНИЯ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ В СИНТЕЗЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ КУМАРИНОВ 02.00.08 – химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 2007 2

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета МГУ им.

М.В. Ломоносова НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: академик РАН, профессор Белецкая Ирина Петровна (МГУ, Химический факультет) ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор химических наук, профессор Травень Валерий Федорович (РХТУ им. Д.И.. Менделеева) доктор химических наук, профессор Ненайденко Валентин Георгиевич (МГУ, Химический факультет) ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Защита диссертации состоится “5“ декабря 2007 года в на заседании Диссертационного Совета Д.501.001.69 по химическим наукам при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские Горы, д. 1, строение 3, МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, аудитория 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультет МГУ.

Автореферат разослан “2“ ноября 2007 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор химических наук Т.В. Магдесиева Актуальность проблемы.

Система микротрубочек тубулина была открыта несколько десятилетий назад. Она играет важную роль в жизни клетки, в частности, отвечает за формирование веретена деления, образующегося на стадии профазы процесса митоза (неполового деления клеток). Клинический и коммерческий успех двух противоопухолевых препаратов “Таксола” и “Таксотера” (Taxol, Taxotere) привел к возрождению интереса к поиску новых ингибиторов для митотического веретена, как к одному из средств борьбы с раком.

Первыми агентами, проявившими антитубулиновую активность, которая заключается в блокировании митоза клетки за счет ингибирования полимеризации тубулина, были алкалоиды vinca и колхицин I, открытые ранее (Рис.1). В последнее время появилось новое поколение тубулиновых ядов, таких как: МТС, комбретастатин А- (combretastatin) II (Рис. 1), ротенон (rotenone), подофиллотоксин (podophyllotoxin) и др.

Широкое применение этих производных обусловлено тем, что они менее токсичны, чем агенты первого поколения. Это стало причиной исследований и синтеза большого количества производных и аналогов комбретастатина, направленных на повышение растворимости, стабильности, а также терапевтического индекса получаемых соединений (баланс биологической активности - токсичности при клинических испытаниях).

MeO R3 O O MeO NHAc A A A MeO R MeO MeO R B B OMe OH O B III OMe OH OMe II I OMe Рис. 1.

Анализ “структура - физиологическая активность соединения”, проведенный на ингибиторах тубулина, показал, что эти вещества должны содержать двойную цис-связь с двумя некомпланарными поликислородсодержащими арильными или гетероарильными фрагментами.

Этим требованиям удовлетворяют флавоноидные производные, такие как кверцетин и генистеин. В последнее время из природных объектов были выделены различные неофлавоноидные (4-фенилкумариновые) производные, проявляющие антитубулиновую активность. Эти соединения не только содержат некомпланарные ароматические кольца, подобно комбретастатину, но и в отличие от него не дезактивируются за счет цис-транс изомеризации, что значительно повышает их эффективность.

Кроме того, недавно были получены синтетические неофлавоноидные производные типа III (Рис. 1), обладающие цитотоксическими свойствами.

Многие исследования показывают, что действие этих соединений заключается в нарушении обратимости процесса полимеризации и деполимеризации - и -тубулина, что приводит к нарушению формирования митотического веретена, образование которого предшествует делению клетки.

Кумариновое ядро входит в скелет многих природных соединений, проявляющих физиологическую активность, таких как 4-гидрокси-3-(3',4'-метилендиоксифенил)-5,6,7 триметоксикумарин IV, выделенный из Milettia griffoniana, антибиотик новобиоцин V, веделолактон VI, применяемый как антидот при укусе змеи (Рис. 2).

O H2N O OH O O MeO MeO O O O O O MeO O OMe OH O N H OH OH IV O O MeO V OH OH O OH VI Рис. Несмотря на существование большого количества соединений, проявляющих антитубулиновую активность, практическое применение находят лишь некоторые из них.

Это связано с тем, что синтетические агенты обладают низким терапевтическим индексом. Поэтому синтез соединений, обладающих высокой активностью ингибиторов митоза, является актуальным.

Цель работы.

Работа посвящена разработке методик синтеза неофлавоноидных производных, имеющих в 4-положении кумаринового скелета гетероарильный или аминовый фрагмент, с кислородсодержащими заместителями, а также тетрациклических бензопирановых и изохинолиновых производных кумаринов исходя из 4-гидроксикумарина.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Предложена эффективная методика синтеза 4-гетероарилкумаринов с применением каталитической реакции Сузуки–Мияура между 4-трифторметилсульфонатами кумаринов и соответствующими гетероарилборными кислотами. Синтезирован ряд новых 4 гетероарилкумаринов с выходами, близкими к количественным.

Синтезирован ряд новых 4-аминокумаринов по реакциям каталитического аминирования, а также присоединения-элиминирования между 4 трифторметилсульфонатами кумаринов и соответствующими аминами. Все 4 аминокумарины получены с высокими выходами и охарактеризованы.

Предложена методика синтеза новых тетрациклических бензопирановых и изохинолиновых производных кумаринов с применением каскадных реакций (3-4 стадийный one-pot синтез) на основе новых висмут- и свинецорганических реагентов, содержащих в орто-положении арильного фрагмента легко функционализируемые хлор(или бром)метильные и азидометильные фрагменты.

Исследована противоопухолевая активность ряда неофлавоноидных производных.

Показано, что несколько новых кумариновых производных проявляют высокую цитотоксическую активность по отношению к опухолевым клеткам рака молочных желез человека HBL100.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе статей и тезисы 4 докладов на международных и всероссийских научных конференциях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на X Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2003" (Москва, 15-18 апреля 2003 г.), IХ Нижегородской сессии молодых ученых (естественные науки, г. Дзержинск, 26-30 апреля 2004 г., секция Химия), Международной конференции "Химия азотсодержащих гетероциклов" (2-7 октября 2006 г., Харьков, Украина), Всероссийской научной конференции "Современные проблемы органической химии", посвящённой 100-летию со дня рождения академика Н. Н. Ворожцова (5-9 июня 2007 г., Новосибирск) Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов, содержит 4 таблицы;

список цитируемой литературы включает наименований.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 02-03-33021, № 05-03-32658а и № 06-03 32772), INTAS (гранты № 03-514915 и № 05-109-5412 INTAS YSF), ФЦП «Интеграция» № 03-03-06404, ФЦП № 2007-3-1.3-22-01-584.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Синтез неофлавоноидов с участием реакции Сузуки Предложенная нами методика синтеза неофлавоноидных производных (4 гетероарилкумаринов) основана на реакции кросс-сочетания Сузуки между гетероарилборными кислотами и различными 4-трифторметансульфонилоксикумаринами.

Хотя в настоящее время 4-сульфонатзамещенные кумарины находят применение в синтезах 4-арил(гетероарил-, алкинил-)замещенных производных на основе реакций Сузуки, Стилле и Соногашира, тем не менее арилборные кислоты, содержащие электронакцепторные группы, с трудом вступают в реакцию сочетания, что объясняется их малой активностью на стадии трансметаллирования каталитического цикла. Кроме того, используемые нами донорные трифлаты полиметоксизамещенных кумаринов 1а-г (Рис. 3) (синтезированы по реакции соответствующих 4-гидроксикумаринов с ангидридом трифторменансульфоновой кислоты в присутствии триэтиламина) затрудняют стадию окислительного присоединения.

MeO O O MeO O O MeO O O O O MeO MeO MeO OTf OTf MeO OTf OTf 1б 1в 1г 1a Рис. 3.

Поэтому нами была предпринята попытка оптимизировать условия реакции на примере кросс-сочетания между трифлатом 5,7-диметоксикумарина 1а и изохинолилборной кислоты (Схема 1).

MeO O O MeO O O [Pd], 5 мол. %, B(OH) основание + MeO растворитель N OMe OTf N 2а 1а Схема 1.

При использовании в качестве катализатора широко применяемого в сочетании Сузуки и Стилле комплекса Pd(PPh3)4, содержащего монодентатный трифенилфосфиновый лиганд, продукты арилирования были получены с довольно низкими выходами: при проведении реакции в смеси толуол–этиловый спирт выход продукта составил лишь 21 % (опыт 1, Табл. 1). Использование ТГФ и диоксана в качестве растворителей позволило несколько повысить выходы продукта реакции (38% и 31%, соответственно) (опыты 2 и 3, Табл. 1). Эмульсия диоксан–вода способствовала гидролизу исходного трифлата, что понизило выход до 16% (опыт 4, табл. 1). Применение же донорного ацетонитрила в качестве растворителя позволило повысить выход до 48% (опыт 6, табл. 1).

Таблица 1. Влияние катализатора, основания и растворителя на выход продукта 2а реакции трифлата 1а с изохинолилборной кислотой № Выход t, 0C/ время Катализатор Основание Растворитель Добавка опыта % 1 Pd(PPh3)4 K3PO4 толуол-EtOH - 80°C, 1.5ч 2 Pd(PPh3)4 K3PO4 диоксан - 100°C, 1.5 ч 3 Pd(PPh3)4 K3PO4 ТГФ - 66°C, 1 ч 4 Pd(PPh3)4 K3PO4 диоксан-H2O - 1000C, 30 мин 5 Pd(PPh3)4 K3PO4 MeCN-EtOH - 80°C, 30 мин 6 Pd(PPh3)4 K3PO4 MeCN - 80°C, 30 мин 7 Pd(dppf)Cl2 K2CO3 MeCN - 80°C, 30 мин Bu4NBr 8 Pd(dppf)Cl2 K2CO3 MeCN 80°C, 30 мин (10 мол. %) 9 Pd(dppf)Cl2 K3PO4 MeCN - 80°C, 30 мин Bu4NBr 10 Pd(dppf)Cl2 K3PO4 MeCN 80°C, 30 мин (10 мол. %) При замене монодентатного лиганда PPh3 на бидентатный 1,1’ бис(дифенилфосфино)ферроцен (dppf) обнаружилось повышение выходов целевого продукта (опыты 7–10, табл. 1). Кроме того, показано, что проводимая реакция чувствительна к основанию и активирующим добавкам. Так, использование основания K3PO4 вместо K2CO3 и применение каталитических количеств Bu4NBr позволило получить целевой продукт с почти количественным выходом 96% (опыт 10, табл. 1).

В найденных оптимальных условиях реакции (5 мол. % катализатора Pd(dppf)Cl2 – 3 экв. основания K3PO4 – 0.1 экв. Bu4NBr – ацетонитрил в качестве растворителя) нами были осуществлены реакции кросс-сочетания между трифлатами кумаринов 1а-г и гетероарилборными кислотами. Во всех реакциях продукты кросс-сочетания (2а-г, 4а-г, 5а-г;

3б-г;

6в-10в) были выделены с высокими выходами (73-96 %). Время реакции составило 0.5-3 часа (табл. 2).

O O O O PdCl2(dppf) (0.05 экв.) Het B(OH) + K3PO4 (3 экв.) (MeO)n (MeO)n OTf Het Bu4NBr (0.1 экв.) 1а-г MeCN, 80 C 2а-г, 4а-г, 5а-г;

3б-г;

6в-10в Схема 2.

Таблица 2. Результаты реакции между трифлатами кумаринов 1а-г и гетероарилборными кислотами ROTf MeO O O MeO O O MeO O O O O MeO MeO OMeOTf OTf OMeOTf OTf Гетероарил 1а 1б 1в 1г 2а 2б 2в 2г 88 %, 0.5 ч 96 %, 0.5 ч 86 %, 0.5 ч 84 %, 0.5 ч N 3а * 3б, 3в, 3г, O 82 %, 0.5 ч 86 %, 0.5 ч 81 %, 0.5 ч 4а 4б 4в 4г 87 %, 0.5 ч 93 %, 0.5 ч 85 %, 0.5 ч 87 %, 0.5 ч MeO N OBn 5а 5б 5в 5г N 91 %, 2 ч 88 %, 3 ч 81 %, 3 ч 87 %, 2 ч BnO N 6в - 73 %, 1.5 ч.

O 7в - 98 %, 1.5 ч.

O 8в - 92 %, 1.5 ч.

N H 9в - 75 %, 1 ч.

N Me Me - - 10в N 79 %, 1 ч.

* Не выделено препаративно Следует отметить, что электронные и стерические факторы, количество и положение метоксигрупп в кумариновом фрагменте, природа гетероарилборной кислоты не оказывали значительного влияния на выходы продуктов.

Все продукты были выделены и охарактеризованы методами ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии.

Синтез полиметоксизамещенных 4-аминокумаринов на основе трифлатов кумаринов Целью данной части работы являлось получение новых полиметоксизамещенных 4-аминокумаринов (схема 3), среди которых особый интерес представляют пиперидиновые производные, содержащие транс-4-амино-3-гидроксигруппу. Такая постановка задачи связана с синтезом новых терапевтических моделей, сочетающих антивирусную активность гидроксилированных пиперидинов, в частности высокую анти ВИЧ активность, с интересными биологическими свойствами кумаринов.

O O O O основание H (MeO)n + N (MeO)n R1 R2 диоксан 1000С N OTf R1 R n=0, 2, 11в-г, 12в, 13а,в,г, 1а-г 14а, 15в, 16в-20в Схема 3.

Известно, что 4-аминопроизводные кумаринов могут быть получены из 4 галогенкумаринов. Однако наряду с образованием целевых продуктов в этих реакциях происходит раскрытие -пиронового кольца, сопровождающееся элиминированием галогеноводорода. В случае трифлатов кумаринов целевые продукты ранее были получены с высокими выходами лишь для кумаринов с акцепторными заместителями, наличие метоксигрупп значительно снижало выходы 4-аминокумаринов. Данные по функционализации полиметоксизамещенных кумаринов в литературе отсутствуют.

Нами осуществлена модификация и оптимизация методики реакции аминов с трифторсульфонатами кумаринов (использование в качестве основания пиридина, кипячение в диоксане, молярное соотношение трифлат/амин 1:1.3), что позволило получать продукты аминирования 11-15 трифлатов незамещенных, а также ди- и триметоксизамещенных кумаринов циклическими и ациклическими алифатическими и ароматическими аминами с практически количественными выходами, а также уменьшить время реакции до 30 минут (табл. 3, опыты 1-8). В случае замещенных пиперидинов реакции получения аминокумаринов 16в - 20в проходили труднее и потребовали увеличения времени реакции до 4 часов (табл. 3, опыт 9-13). Замена пиридина на фосфат калия в опытах 9-13 (табл. 3) привела к более легкому выделению конечного продукта в случае труднодоступных исходных пиперидинов, а также к возможности использования в реакции хлоргидратов аминов. Следует отметить, что при проведении реакций при комнатной температуре для достижения тех же выходов требовалось увеличение времени реакции до 3-8 часов. Большинство продуктов аминирования было выделено практически с количественными выходами независимо от количества метоксигрупп в скелете кумарина и от природы амина: вторичные ациклические (опыты 1-2) и циклические (опыты 3-7, 9 13) амины, анилины (опыт 8).

Таблица 3. Продукты реакции аминирования 11-20 трифлатов кумаринов 1 а, в-г.

Опыт Выход Опыт Выход Амин Продукт Амин Продукт № (%) № (%) MeO O O MeO O O H N MeO 1 Et2NH 94 9 MeO MeO N MeO N 11в OH 16в OH MeO O O O O H N MeO 2 –"– 91 10 MeO N N OH 11г 17в OH MeO O O H MeO O O N MeO H 3 95 N MeO N MeO MeO N 12в OH 11 N OH MeO O O N H N 4 MeO N OH 18в OH O 13а O MeO O O MeO O O H N MeO 5 –"– 92 MeO MeO N MeO N OH 13в O N OH 12 N O O N N F 6 –"– 93 F N 19в 13г O MeO O O H N MeO O O MeO N 7 92 H MeO N N N MeO N Me 14а Me OH OH 13 N MeO O O N NH2 MeO N N MeO NH 8 20в MeO 15в MeO Все продукты были выделены и охарактеризованы методами ЯМР- и масс спектрометрии.

Каталитическое аминирование В случае использования вместо донорных аминов азолов и амидов потребовалось привлечение методов палладий-катализируемого аминирования. При проведении реакции 4-трифторметансульфонатов 5,7-кумарина 1а с имидазолом в присутствии каталитической системы Pd(dba)2 – BINAP (2,2'-бис(дифенилфосфино)-1,1'-бинафтил) продукт сочетания был выделен с низким выходом (10 %). При использовании же более эффективных лигандов Бухвальда (L1 и L2) удалось повысить выходы продукта реакции 21а до 76 и % соответственно (Схема 4).

5 мол. % Pd(dba) MeO O O 7,5 мол. % L H MeO O O K3PO N + толуол, 110оС N MeO N MeO OTf N 21 а 1а ;

L= P(t-Bu)2 PCy 76-80 % L1 L Схема 4.

При использовании лиганда L2 получен также 4-имидазоло-5,6,7 триметоксикумарин с выходом 96 %, а также индольное 22, и бензимидазольное производные кумаринов с выходами 96 и 75%, соответственно. В случае же наименее оснвного бензотриазола выделить желаемый продукт 24 не удалось.

Амидирование трифлатов кумаринов. Имеющиея в литературе примеры каталитического амидирования винилтрифлатов показывают, что такие субстраты вступают в реакции с амидами лишь при использовании высокоактивных фосфиновых лигандов, в том числе лигандов Бухвальда.

В результате оптимизации условий было показано, что лучшей для проведения реакции является каталитическая система: Pd(dba)2 – Xanthphos (9,9-Диметил-4,5 бис(дифенилфосфино)ксантен) – фосфат калия в качестве основания. Реакция проводилась при кипячении в абсолютном диоксане. В данных условиях получен ряд 4 амидокумаринов 25-27. В случае ацетамида и п-толуиламида целевые продукты получены с высокими выходами (90 и 96%, соответсвенно), в случае же акриламида выход составил 72%.

MeO O O MeO O O Pd(dba)2, Xantphos H2N R + MeO MeO O K3PO MeO HN R диоксан, 1000С, MeO OTf 12 ч. O 1в 25- 25 в 90 % CH R= CH2=CH2 26 в 72 % 27в 96 % H3C Схема 5.

Синтез бензопирановых производных с применением арильных орто-замещенных производных висмута В качестве модельного реагента для синтеза оксафенантреновых соединений нами предложен трис[орто-хлорметилфенил]висмут 28. Это производное было получено по реакции 2-йодбензилхлорида с изопропилмагнийбромидом с последующей обработкой треххлористым висмутом (Схема 6).

Cl Cl Cl i-PrMgBr BiCl I Bi MgI -12 ч -18oC -10 ч -12oC 27 % Схема 6.

Предложенный метод включает три one-pot стадии: a) получение диацетата трис[орто-хлорметилфенил]висмута 29 по реакции трис[орто-хлорметилфенил]висмута 28 с диацетатом йодбензола;

b) реакция восстановительного сочетания, сопровождающаяся переносом арильной группы от висмуторганического производного к субстрату;

c) спонтанное внутримолекулярное нуклеофильное замещение с образованием бензопиранового продукта 30 (схема 7).

Cl Cl Cl OH Ar Bi Bi(OAc) PhI(OAc)2 основание Bi Ar O OAc 3 AcO 28 OH Cl O Схема Метод применим для функционализации енолизующихся соединений:

-дикетонов и кетоэфиров. В качестве субстратов использовали 2,4-пентадион и 4-гидрокси-5,7 диметоксикумарин.

Реакции проводили по общей методике: к трис[2-хлорметилфенил]висмуту 28 в дихлорметане прибавляли диацетат йодбензола в соотношении 1:1,1. После окисления производного трехвалентного висмута до диацетата трис[2-хлорметилфенил]висмута (6-8 часов, 20°С, инертная атмосфера) к реакционной смеси добавляли основание (триэтиламин или гидрид натрия) и соответствующий субстрат. По окончании реакции (контроль по ТСХ) растворитель удаляли при пониженном давлении, реакционную смесь фильтровали через слой силикагеля для отделения металлоорганических производных и основания. Продукты циклизации выделяли с применением препаративной тонкослойной хроматографии. Строение синтезированных соединений было доказано с применением ЯМР-спектроскопии.

В случае реакции с пентадионом-2,4 (в качестве основания использовали гидрид натрия) было получено бициклическое производное 31 с выходом 35% (суммарный выход всех трех стадий).

При использовании в качестве субстрата производного 4-гидроксикумарина 32а (основание – триэтиламин) образуется тетрациклическое производное 33а с хорошим выходом (46 % - суммарный выход трех стадий).

MeO O O Me O MeO O Me O 33а Рис. 4.

Показано, что висмуторганический реагент 28 также эффективен для функционализации фенолов. В реакциях с -нафтолом, 3,4,5-триметоксифенолом и 3,5 диметоксифенолом продукты циклизации 34-36 были получены с высокими выходами (55, 49 и 48 % соответственно). При использовании в качестве субстратов 4-трет бутилфенола и 4-метоксифенола с менее донорной -системой выходы продуктов (37, 38) уменьшились до 24 и 5 % соответственно.

OH OH OH OH OH MeO OMe But MeO MeO OMe OMe OMe OMe t-Bu MeO MeO MeO O O MeO O O O 34 35 36 37 55% 49% 48% 24% 5% Рис. 5.

Таким образом, к преимуществам предложенного метода следует отнести хорошие выходы бензопирановых продуктов, мягкие условия осуществления этих реакций и низкую токсичность используемых исходных реагентов. Однако, несоблюдение в данной методике принципа экономии лигандов (в реакции участвует только один из трех лигандов) и стремление повысить выходы продуктов заставило нас обратиться к использованию свинецорганических соединений.

Синтез бензопирановых производных с применением свинецорганических производных Известно, что эффективность реакции сочетания с участием арильных производных свинца зависит от выбора основания. Поэтому, с целью оптимизации условий синтеза бензопирановых производных, нами были изучены реакции триацетата 2 бромметилфенилсвинца 39 с 4-гидроксикумаринами 32а-г (Рис. 6) в присутствии различных органических оснований (Схема 8).

O O (MeO)n Br Br 32а-г OH Pb(OAc) B(OH)2 Pb(OAc) основание Hg(OAc) 39 n=0, 2, O O O O (MeO)n (MeO)n O OH HBr 33а-г Br 41а-г Схема MeO O O MeO O O MeO O O O O MeO MeO OH OMe OH OMe OH OH 32а 32б 32в 32г O O MeO O O MeO O O MeO O O MeO MeO O OMe O O OMe O 33а 33б 33в 33г Рис. 6.

В соответствии со схемой 8, на первом этапе 2-бромметилфенилборная кислота вступает в реакцию переметаллирования с тетраацетатом свинца в присутствии каталитических количеств диацетата ртути с образованием триацетата арилсвинца 39, который, взаимодействуя с гидроксикумарином 32а-г, дает продукт -арилирования 41а-г.

Затем образовавшийся продукт циклизуется в результате спонтанного внутримолекулярного нуклеофильного замещения и приводит к бензопирановому производному 33а-г. Все стадии этой реакции проводились без выделения.

В качестве оснований нами были выбраны: пиридин, триэтиламин, тетраметилгуанидин, орто-фенантралин, а также системы оснований: пиридин–4 диметиламинопиридин, пиридин – триэтиламин, орто-фенантралин – трет-бутоксид калия.

Очевидно, роль основания можно определить следующими функциями:

активирование енольной формы субстрата, связывание выделяющихся уксусной и бромоводородной кислот, а также координация по металлоцентру свинецорганического реагента.

В соответствии с классической методикой восстановительного сочетания, в качестве основания применяют пиридин (3 экв. по отношению к производному свинца). Однако, при взаимодействии 2-бромметилфенилборной кислоты 40 с 4-гидроксикумарином 32г и 4-гидрокси-5,7-диметоксикумарином 32а в этих условиях продукты были выделены с низкими выходами: производное 33г с выходом в 15%, а соединение 33а с выходом 11% (табл. 4).

При использовании в качестве основания триэтиламина или тетраметилгуанидина (традиционных оснований для реакций с участием висмуторганических производных), были обнаружены лишь следовые количества продуктов реакции. Однако при использовании смеси пиридина и триэтиламина образовывались тетрациклические производные с несколько большими выходами (33г – 25%, 33а – 24%). Следует отметить, что повысить выходы целевых продуктов варьированием времени протекания реакции и температуры проведения синтеза не удалось (табл. 4).

Аналогичные результаты получены при использовании смеси оснований пиридин – диметиламинопиридин. Выход диметоксизамещенного производного 33а составил 23%, а незамещенного тетрацикла 33г – 20%.

Применение бидентатного основания орто-фенантралина, способного к более эффективной координации по металлоцентру, значительно увеличило выходы продуктов циклизации до 34, 41, 33 и 58 % для соединений 33а-г соответственно (табл. 4). Еще более эффективной оказалась система оснований орто-фенантралин (3 экв.) – трет-бутоксид калия (1 экв.). Эта система позволила получить продукты 33а-г с хорошими суммарными выходами 45, 46, 47 и 76 % соответственно.

Таблица 4. Влияние природы основания на выходы бензопирановых производных.

Продукт Выход, % MeO O O MeO O O MeO O O O O MeO MeO O MeO O MeO O O 33б 33а 33в 33г Основание - 11 N - следы следы Et3N N N 0 - NH 25 18 + Et3N N N 23 - + N N 34 41 N N 45 46 47 N N + t-BuOK Мы предполагаем, что добавление t-BuOK позволяет более полно связывать выделяющуюся при внутримолекулярном нуклеофильном замещении бромоводородную кислоту за счет образования KBr;

свободная HBr может гидролизовать как исходное свинецорганическое соединение, так и лактонную связь с гидроксикумариновым производным.

MeO O O MeO O K Br Рис. 3.2.

Действительно, при использовании в качестве основания пиридина или систем пиридин–триэтиламин или пиридин–диметиламинопиридин, образование продуктов реакции проходит за первые 10-15 минут, и в дальнейшем выход целевых продуктов не изменяется. В случае применения орто-фенантралина и системы орто-фенантралин – трет-бутоксид калия, реакция идет с меньшей скоростью, но с более высокими выходами.

Следует отметить, что в табл. 4 для всех реакций приведены суммарные выходы по трем one pot стадиям. Так, в случае незамещенного кумарина 32г выход промежуточных продуктов на каждой из трех стадий составляет порядка 90%, а в случае синтеза метоксизамещенных бензопирановых продуктов выход на каждой стадии составлял не менее 75%.

Синтез дигидроизохинолиновых производных с применением реакций восстановительного сочетания Алкалоиды изохинолинового ряда представляют собой один из обширнейших классов природных продуктов, уступающих по распространенности только индольным алкалоидам. Высокая биологическая активность, присущая производным изохинолина, проявляется практически для всех вариантов аннелированного пиридинового кольца – ароматические изохинолины (например, ааптамин, эллиптицин), дигидроизохинолины (но-шпа) и тетрагидроизохинолины (леморан) нашли широкое применение в медицинской и исследовательской практике.

Однако работы в области химии изохинолиновых алкалоидов и в области химии изохинолина и родственных им систем в основном сводятся к трансформации готового гетероциклического кольца в необходимом направлении, тогда как синтезу собственно изохинолиновой структуры уделяется гораздо меньше внимания.

Нашей целью являлась разработка нового метода синтеза дигидроизохинолиновых производных 42а-г на основе гидроксикумаринов 32а-г с применением 2 азидометилфенильных производных непереходных элементов. Для синтеза дигидроизохинолиновых производных предлагается следующая схема (Схема 9):

R1 O O 32а-г R N3 N R3 OH Pb(OAc) B(OH)2 Pb(OAc) основание Hg(OAc) R1 O O R1 O O R1 O O PPh R R R R3 HN R3 N R3 OH N 42а-г 45а-г 44а-г N Схема 9.

В соответствии с предложенной схемой на первом этапе имеет место реакция восстановительного сочетания свинецорганического соединения 43 с кумариновым субстратом 32а-г, приводящая к продукту -арилирования 44а-г. На второй стадии добавление в реакционную смесь трифенилфосфина приводит к основанию Шиффа 45а-г через соответствующий иминофосфоран, образующийся по реакции Штаудингера, сопровождающейся выделением азота. И, наконец, спонтанная перегруппировка приводит к образованию дигидроизохинолинового скелета 42а-г. Предложенная схема позволяет осуществить три one pot стадии.

В качестве арилирующего агента нами предложен триацетат 2 азидометифенилсвинца 43. Для его получения был предложен синтез, исходя из 2 бромметилфенилборной кислоты 40 (Схема 10):

N Br N NaN3 Pb(OAc) B(OH) B(OH)2 Pb(OAc) 75 % Hg(OAc) Схема 10.

На основе 2-азидометилфенилборной кислоты 46 получали триацетат 2 азидометилфенилсвинца B-Pb-трансметаллированием при действии тетраацетата свинца на 0,1 Н раствор арилборной кислоты 46 в ТГФ в присутствии каталитических количеств соли ртути. Полученное свинецорганическое производное 43 было использовано без выделения.

Реакции проводили при взаимодействии триацетат арилсвинца 43 и гидроксикумарина 32 в присутствии 3 экв. пиридина при 400С в течение нескольких часов. Далее к смеси прибавляли трифенилфосфин и перемешивали при комнатной температуре. Полученные дигидроизохинолиновые производные выделяли с помощью колоночной хроматографии и идентифицировали методами ИК- и ЯМР-спектроскопии.

Таким образом, предложенная схема 9 позволила осуществить четыре one-pot стадии.

С использованием вышеописанной методики нами были синтезированы соответствующие дигидроизохинолиновые продукты 42б и 42г с выходом 12 и 21% соответственно (рис. 7).

O O MeO O O MeO HN HN 42б 42г 12 % 21 % Рис. 7.

Однако данная методика получения дигидроизохинолиновых производных применима только для кумариновых субстратов, не имеющих метоксигрупп в 5 положении. В случае реакции с 5,7-диметокси- и 5,6,7-триметокси-замещенными гидроксикумаринами удавалось выделить лишь соответствующие промежуточные азидоорганические продукты 47а и 47в (рис. 8).

MeO O O N3 MeO O O N MeO MeO OH MeO OH 47а 40 % 51 % 47в Рис. 8.

В случае 4-гидрокси-6,7-диметоксикумарина 32б и незамещенного кумарина 32г кроме дигидроизохинолинового продукта в реакционной смеси было обнаружены следующие тетрациклические производные 33б и 33г (рис. 9):

O O MeO O O MeO 33г O 33б O 11 % 10 % Рис. 9.

Появление продуктов типа 33 может быть объяснено наличием в реакционной смеси уксусной кислоты, образующейся на стадии восстановительного сочетания. В результате нуклеофильного замещения ацетатная группа встает на место азидной в металлоорганическом реагенте, а затем вступает во внутримолекулярное замещение в енольной форме промежуточного продукта 48б,г (Схема 11):

OAc O O Pb(OAc)3 O O O O R R Py R O HO HO 33б,г OAc 32б,г 48б,г Схема 11.

Другая возможная причина образования побочных продуктов 33б и 33г – внутримолекулярное нуклеофильное замещение в енольной форме промежуточного азидного продукта 44 (Схема 12).

O O O O R R O HO 33б,г 44б,г N Схема 12.

Предложенный метод применим не только для функционализации -кетоэфиров (кумаринов), но и для синтезов на основе -дикетонов. Так, исходя из димедона, нами было получено дигидроизохинолиновое производное 49 с суммарным выходом 17% (Схема 13).

O NH O O 17% Схема 13.

Таким образом, предложены эффективные методики синтеза тетрациклических бензопирановых и дигидроизохинолиновых производных кумаринов на основе реакций восстановительного сочетания с участием висмут- и свинецорганических реагентов.

На основе разработанных методик исходя из 4-гидроксикумаринов получено новых соединений.

Цитотоксические исследования ряда синтезированных неофлавоноидов.

Ряд синтезированных неофлавоноидных соединений 2-21 был протестирован на цитотоксическую активность.

Тестирования проводились на культуре клеток эпителия молочной железы человека HBL100. Стандартным образом подготовленные клетки после посева выдерживались 24 ч при 37оС, 5% СО2, затем были обработаны раствором исследуемого вещества (растворы вещества различных концентраций в питательной среде были приготовлены на основе стандартного раствора исследуемого вещества в ДМСО, 10-2М) и выдержаны в тех же условиях 72 ч. Количество жизнеспособных клеток определяли колориметрически с использованием 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5 дифенилтетразолийбромида (МТТ;

Sigma), измеряли абсорбцию на приборе MR 7- plate reader при длине волны 550 нм. Концентрацию, соответствующую 50%-ной выживаемости клеток (IC50), определяли графически, проводя независимые эксперименты трижды для каждого соединения.

Показано, что наибольшую активность демонстрируют 4-гетероарилкумарины. Так незамещенный 4-изохинолинокумарин 2г проявляет неплохую цитотоксичность (IC 11.93 µM). Интересно, что 4-индолокумарин 9в проявляет высокую активность (2.62 µM), тогда как его изомер 10в является неактивным соединением по отношению к клеткам HBL100. Среди 4-аминокумаринов только производное 15в проявляет небольшую цитотоксичность (IC50 ~ 24 µM).

ВЫВОДЫ 1. Предложен способ получения полиметоксизамещенных 4-гетероарилкумаринов по реакции трифлатов 4-гидроксикумаринов с гетероарилборными кислотами на основе палладий-катализируемой реакции Сузуки, позволяющий синтезировать неофлавоноидные продукты с высокими выходами.

2. Разработана эффективная методика синтеза 4-аминополиметоксикумаринов с практически количественными выходами по реакции 4-трифторметансульфонатов кумаринов с различными аминами. Также показана принципиальная возможность палладий-катализируемой реакции трифлатов полиметоксизамещенных кумаринов с амидами и азолами.

3. Предложены синтетические подходы, позволяющие внедрять в енолизующиеся органические субстраты и фенолы бензопирановые и дигидроизохинолиновые фрагменты с применением каскадных реакций, предполагающих проведение 3- стадий синтеза без выделения интермедиатов. Для этого использованы новые полифункциональные висмут- и свинецорганические реагенты, содержащие 2 (хлорметил)фенильные, 2-(бромметил)фенильные и 2-(азидометил)фенильные заместители. Разработанные методы позволили синтезировать ряд новых тетрациклических дигидроизохинолино- и бензопиранокумаринов.

4. Найдено, что некоторые из синтезированных в работе производных кумаринов обладают высокой цитотоксичностью (IC50) по отношению к линиям опухолевых клеток человека HBL100.

Автор работы выражает благодарность за поддержку и ценные научные консультации коллективу кафедры органической химии ННГУ им. Н.И.Лобачевского.

Основное содержание работы

изложено в следующих публикациях:

1. Bolshakov A. V., Ganina O. G., Shavirin A. S., Kurskii Yu. A., Finet J.-P., Fedorov A. Yu.

Three-step one-pot organobismuth-mediated synthesis of benzo[b]pyran compounds. // Tetrahedron Lett. 2002. Vol. 43, P. 8245-8248.

2. Beletskaya I. P., Ganina O. G., Tsvetkov A. V., Fedorov A. Yu., Finet J.-P. Synthesis of 4-heteroarylsubstituted coumarins by Suzuki cross-coupling reaction. // Synlett.

2004. P. 2797-2799.

3. Naumov M. I., Ganina O. G., Shavirin A. S., Beletskaya I. P., Finet J.-P., Fedorov A.

Yu. Polyfunctionalized aryllead triacetates in a cascade synthesis of tetracyclic isochromanocoumarin-type compounds. // Synthesis. 2005. N. 7. P. 1178-1182.

4. Ганина О. Г., Замотаева С. Г., Косенкова О. В., Носарев М. А., Шавырин А. С., Фине Ж.-П., Федоров А. Ю. 2-(Азидометил)фенилбороновая кислота в каскадном синтезе изохинолиновых производных. // Изв. АН, Сер. Хим. 2005. Вып. 7. С. 1560 1565.

5. Федоров А. Ю., Финне Ж.-П., Ганина О. Г., Наумов М. И., Шавырин А. С. Реакции восстановительного сочетания с участием висмут- и свинецорганических арилирующих агентов в синтезе бензопирановых производных. // Изв. АН, Сер.

Хим., 2005, Вып. 11. С. 2520-2529.

6. Ганина О. Г., Веселов И. С., Гришина Г. В., Федоров А. Ю., Белецкая И. П. Синтез 4-аминокумаринов на основе трифлатов 4-гидроксикумаринов. // Изв. АН, Сер.

Хим., 2006, Вып. 9. С. 1583-1588.

7. Naumov M. I., Sutirin S. A., Shavyrin A. S., Ganina O. G., Beletskaya I. P., Bourgarel Rey V., Combes S., Finet J.-P., Fedorov A. Yu. Cascade synthesis of polyoxygenated 6H,11H-[2]benzopyrano-[4,3-c][1]benzopyran-11-ones. // J. Org. Chem. 2007. V. 72. P.

3293-3301.

8. Ганина О. Г., Носарев М. А., Федоров А. Ю. Реакции C- и N-арилирования с участием 2-галогензамещенных производных висмута и бора. // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003». Секция Химия. М. 2003. Т. 1. С. 63.

9. Ganina O.G., Beletskaya I.P., Veselov I.S., Grishina G.V., Fedorov A.Yu. Synthesis of polymethoxy-substituted 4-aminocoumarins. //

Abstract

of the International Conference “Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles (CNCH-2006).Kharkiv. 2006. P. 68.

10. Fedorov A. Yu., Ganina O. G., Naumov M. I., Finet J.-P., Beletskaya I. P. Elaboroation of the new pathway to isoquiniline compounds via organilead-mediated C-arylation reactions. // Abstract of the International Conference “Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles (CNCH-2006). Kharkiv. 2006. P. 64.

11. Ганина О. Г., Белецкая И. П., Федоров А. Ю., Гришина Г. В., Веселов И. С., Комб С.

Синтез 4-аминокумаринов на основе трифлатов 4-гидроксикумаринов. // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Современные проблемы органической химии", посвящённой 100-летию со дня рождения академика Николая Николаевича Ворожцова – основателя и первого директора НИОХ СО РАН. Новосибирск. 2007. С. 182.