Фторовані аналоги мевалонової та мевалдінової кислот

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

02.00.10 - біоорганічна хімія

Фторовані аналоги мевалонової та мевалдінової кислот

Кондратов Іван Сергійович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник Герус Ігор Іванович Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ старший науковий співробітник відділу тонкого органічного синтезу

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Броварець Володимир Сергійович Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ провідний науковий співробітник відділу хімії біоактивних азотовмісних гетероциклічних основ

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Кремльов Михайло Михайлович Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ провідний науковий співробітник відділу хімії фторорганічних сполук

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.М. Федоряк

Анотація

Кондратов І. С. Фторовані аналоги мевалонової та мевалдінової кислот. - Рукопис.

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

Дисертаційна робота присвячена синтезу рацематів та енантіомерів фторваних аналогів мевалонової та мевалдінової кислот, виходячи з похідних фторованих в-кетоальдегідів.

Синтезовано нові похідні фторованих в-кетоальдегідів, в тому числі і такі, що містять хіральні ауксілари.

З одержаними похідними фторованих в-кетоальдегідів були досліджені такі нуклеофільні реакції, як відновлення, реакція Віттіга, реакція Реформатського, альдольна реакція. На основі альдольної реакції здійснено синтези 6,6-дифторомевалонату, 6,6,6-трифторомевалонату, 6,6-дифторомевалдінату та 6,6,6-трифторомевалдінату.

Здійснено розщеплення рацематів синтезованих фторомевалонатів на енантіомери. Проведено дослідження імуномодулюючої активності обох енантіомерів 6,6,6-трифторомевалонату та показано суттєву відмінність між дією (R)- та (S)-енантіомерів.

Виходячи з одержаних фторомевалонатів та фторомевалдінатів одержано нові поліфторалкілвмісні піранони та дигідропіранони.

Ключові слова: мевалонова кислота, мевалдінова кислота, в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетони, в-кетоацеталі, розщеплення енантіомерів, 2H-піран-2-они.

Аннотация

Кондратов И.С. Фторированные аналоги мевалоновой и мевалдиновой кислот. - Рукопись.

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

Диссертационная работа посвящена синтезу рацематов и энантиомеров фторированных аналогов мевалоновой и мевалдиновой кислот, исходя из производных фторированных в-кетоальдегидов.

В ходе исследования были синтезированы новые производные фторированных в-кетоальдегидов, в том числе и с хиральными ауксиларами. Так, новые в-алкоксивинил(трифторметил)кетоны получены с помощью реакции в-этоксивинил(трифторметил)кетона со спиртами. Полифторалкил-в-кетоацетали получены при взаимодействии в-этоксивинил(полифторалкил)кетона с диолами.

С полученными производными фторированных в-кетоальдегидов исследованы такие нуклеофильные реакции, как восстановление, реакция Виттига, реакция Реформатского, альдольная реакция. Показано, что реакция в-этоксивинил(трифторметил)кетонов с разными восстановителями дает продукты восстановления карбонильной группы с невысоким выходом, часто в смеси с другими продуктами. В случае трифторметил-в-кетоацеталей продукты восстановления карбонильной группы образуются с высоким выходом. В то же время реакция Реформатского и альдольная реакция с производными фторированных в-кетоальдегидов с хорошими выходами дают только продукты присоединения по карбонильной группе. При использовании хиральных производных фторированных в-кетоальдегидов в указанных реакциях наблюдалась невысокая стереоселективность, которую легко контролировать с помощью ¹⁹F ЯМР-спектроскопии.

Показано, что реакция в-этоксивинил(полифторалкил)кетонов с реагентом Виттига - (этоксикарбонилметилен)трифенилфосфораном - приводит к смеси продуктов реакции по карбонильной группе и в-положению. Соотношение продуктов зависит от объема полифторалкильной группы и природы растворителя. Также было определено корреляционное уравнение (коэффициент корреляции R = 0.981), которое позволяет рассчитать соотношение продуктов в зависимости от параметров растворителей Камлета-Тафта. В случае полифторалкил-в-кетоацеталей реакция с (этоксикарбонилметилен)трифенилфосфораном приводит к смеси Z- и E-изомерных продуктов реакции Виттига с аномально высоким содержанием Z-изомера. Этот факт можно объяснить стабилизацией интермедиатов реакции Виттига за счет дополнительного взаимодействия между атомами фосфора и ацетальным атомом кислорода.

На основе альдольной реакции синтезированы 6,6-дифтормевалонат, 6,6,6-трифтормевалонат, 6,6-дифтормевалдинат и 6,6,6-трифтормевалдинат. Энатиомеры полученных фторомевалонатов получены путем хроматографического разделения диастереомерных амидов, синтезированных из (S)-1-фенилэтиламина и рацематов фтормевалонатов. Определена абсолютная конфигурация полученных энантиомеров. Их оптическая чистота исследована методом ВЖХ. Проведено исследование иммуномодулирующей активности обоих энантиомеров 6,6,6-трифтормевалоната, и показаны существенные отличия между действиями (R)- и (S)-энантиомеров.

Для фторированных мевалдинатов было показано наличие в растворах открытой и циклических форм. Были получены соли фтормевалдиновых кислот, а также энантиомерно чистый диэтиламид 6,6,6-трифтормевалдиновой кислоты, исходя из (R)-(-)-6,6,6-трифтормевалоната.

Исходя из полученных фтормевалонатов и фтормевалдинатов получены продукты их дегидратации - новые полифторалкилсодержащие пираноны и дигидропираноны, которые являются перспективными фторсодержащими синтонами.

Ключевые слова: мевалоновая кислота, мевалдиновая кислота, в-алкоксивинил(полифторалкил)кетоны, в-кетоацетали, разделение энантиомеров, 2H-пиран-2-они.

Summary

Kondratov I.S. Fluorinated analogs of mevalonic and mevaldic acids. - Manuscript.

Thesis for candidate's degree by speciality 02.00.10 - bioorganic chemistry. -Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.

The thesis is devoted to the synthesis of racemic mevalonic and mevaldic acid fluoroanalogs and enantiomerically pure mevalonic acid fluoroanalogs starting from fluorinated в-ketoaldehyde derivatives.

At the time of investigation the new fluorinated в-ketoaldehyde derivatives (including chiral derivatives) were synthesized.

Such nucleophilic reactions as reduction, Wittig reaction, Reformatsky reaction, aldol reaction with obtained fluorinated в-ketoaldehyde derivatives were studied. Aldol reaction with в-ketoaldehyde derivatives was used for synthesis of racemic 6,6-difluoromevalonate, 6,6,6-trifluoromevalonate, 6,6-difluoromevaldate, 6,6,6-trifluoromevaldate.

Obtained racemic fluoromevalonates were separated on enantiomers. Both enantiomers of 6,6,6-trifluoromevalonate were tested as immunomodulators and significant differences were found between their bioactivities.

Starting from obtained fluoromevalonates and fluoromevaldates the new polyfluoalkyl dehydropyrones and pyrones were synthesized.

Key words: mevalonic acid, mevaldic acid, в-alkoxyvinyl(polyfluoroalkyl)ketones, в-ketoacetals, separation of enantiomers, 2H-pyran-2-ones.

1. Загальна характеристика роботи

мевалоновий кислота енантіомер

Актуальність теми. За останні десятиліття фторорганічні сполуки стали важливими об'єктами дослідження в області біоорганічної та медичної хімії. За різними даними серед сучасних медичних препаратів 20-25% складають сполуки, що містять принаймні один атом фтору. Важливе місце серед фторовмісних ліків та кандидатів в ліки займають аналоги природних сполук. Фторовані стероїди, нуклеотиди, амінокислоти, алкалоїди, макроліди тощо знаходять важливе застосування в медичній та біоорганічній хімії. Фторовані аналоги таких гідроксикислот, як лимонна, шикімова та мевалонова, також є важливими об'єктами дослідження біоорганічної хімії. Слід зауважити, що актуальним є розробка методів одержання фторованих аналогів природних сполук у енантіомерно чистій формі, оскільки абсолютна конфігурація молекули має велике значення для прояву біологічного ефекту.

Серед методів одержання фторорганічних сполук особливе місце займають ті, в яких використовуються фторовмісні синтони. Саме такі методи знайшли широке застосування в синтезі фторованих аналогів природних сполук, оскільки, на відміну від прямого фторування чи фторалкілювання, дають можливість одержувати фторорганічні молекули з цілеспрямованим розташуванням функціональних груп. Отже, розробка нових методів синтезу фторованих аналогів природних сполук (в тому числі і в енантіомерно чистій формі) на основі легкодоступних фторовмісних синтонів є важливою і актуальною сучасною задачею фторорганічної та біоорганічної хімії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках планової бюджетної тематики ІБОНХ НАН України (тема № 2.1.10.19-04, № державної реєстрації 0104U000962) відділу тонкого органічного синтезу Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України та була підтримана національною стипендією Всесвітньої Федерації Вчених.

Мета і задачі дослідження. Основною метою дослідження було одержання енантіомерно чистих фторованих аналогів мевалонової кислоти і встановлення їх абсолютної конфігурації, а також синтез фторованих аналогів мевалдінової кислоти з похідних фторованих в-кетоальдегідів як вихідних сполук.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

розробити ефективну схему синтезу фторованих аналогів мевалонової та мевалдінової кислот на основі доступних фторорганічних сполук;

дослідити регіо- та стереоселективність ключової стадії утворення С-С-зв'язку запропонованої схеми;

синтезувати необхідні вихідні сполуки;

розробити методи розділення, очищення та контролю оптичної чистоти енантіомерів фторованих мевалонатів.

Об'єкт дослідження - синтез фторованих аналогів природних сполук з доступних фторорганічних синтонів.

Предмет дослідження - синтез фторованих мевалонатів та мевалдінатів з похідних фторованих в-кетоальдегідів.

Методи дослідження - хімічний синтез; ІЧ- та ЯМР-спектроскопія; рентгеноструктурний аналіз; високоефективна рідинна, колонкова, газорідинна та тонкошарова хроматографія.

Наукова новизна одержаних результатів

Розроблено новий ефективний метод одержання рацематів фторованих аналогів мевалонової кислоти, виходячи з похідних фторованих в-кетоальдегідів.

Розроблено методи одержання невідомих раніше похідних фторованих в-кетоальдегідів з захищеною альдегідною групою, таких як в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетони та в-кетоацеталі, у тому числі і такі, що містять хіральні ауксілари.

Досліджено хімічні властивості одержаних похідних фторованих в-кетоальдегідів. Зокрема, детально вивчено особливості перебігу реакції Віттіга, виявлена роль умов та структурних факторів, які контролюють регіо- та стереоселективність реакції. Також досліджені реакції відновлення, Реформатського, альдольна реакція для похідних фторованих в-кетоальдегідів.

Вперше запропоновано метод одержання енантіомерно чистих фторомевалонатів, визначено їх абсолютну конфігурацію та запропоновано метод контролю їх оптичної чистоти. Вперше проведено первинні біологічні дослідження енантіомерів 6,6,6-трифторомевалонатів in vivo, що вказують на суттєву відмінність між дією (R)- та (S)-енантіомерів.

Вперше одержано фторовані аналоги мевалдінової кислоти у вигляді рацематів, а також енантіомерно чистий диетиламід 6,6,6-трифторомевалдінової кислоти.

На основі синтезованих фторованих аналогів мевалонової та мевалдінової кислот розроблено новий метод синтезу 4-поліфторалкіл-5,6-дигідро-2H-піран-2-онів та 4-поліфторалкіл-2H-піран-2-онів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці ефективного методу синтезу енантіомерів фторовмісних мевалонатів - потенційних інгібіторів синтезу холестеролу. Розроблено методи синтезу нових потенційно корисних поліфункціональних фторовмісних сполук: фторованих мевалдінатів, поліфторалкілакрилатів, 4-поліфторалкілзаміщених 2H-піран-2-онів.

Особистий внесок здобувача. Систематизація літературних даних, експериментальна частина роботи, аналіз і узагальнення отриманих результатів, встановлення будови отриманих сполук та формулювання висновків дисертаційної роботи виконано особисто дисертантом. Постановка мети дослідження та обговорення результатів здійснювались разом з науковим керівником к.х.н. І.І. Герусом, окремих етапів роботи разом з академіком В.П. Кухарем. Синтез окремих похідних фторованих в-кетоальдегідів проведено разом з к.х.н. О.Д. Качаровим та к.х.н. М.Г. Горбуновою, вивчення реакції Віттіга деяких енонів проведено разом з м.н.с. М.В. Фурмановою. Кореляційні розрахунки проведено разом з к.х.н. С.І. Вдовенком. Біологічні дослідження проведено разом з к.б.н. Л.О. Метелицею та к.б.н. Л.Л. Чарочкіною. ВРХ виконано разом з інж. О.В. Манойленко. Рентгеноструктурний аналіз проведено разом з проф. Р. Фройліхом та д.х.н. О.В. Шишкіним.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на IV Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії” (м. Київ, 2003 р.), XIX та XXII наукових конференціях ІБОНХ НАН України з біоорганічної хімії та нафтохімії (м. Київ, 2004 та 2007 р.), 14 та 15 Європейських симпозіумах з хімії фтору (м. Познань, Польща, 2004 р. та м. Прага, Чехія, 2007 р.), 18 Міжнародному симпозіумі з хімії фтору (м. Бремен, Німеччина, 2006 р.), XX та XXI Українських конференціях з органічної хімії (м. Одеса, 2004 р. та м. Чернігів, 2007 р.), Міжнародному симпозіумі “Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC)” (Судак, 2006 р.).

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

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків та переліку літературних джерел (156 найменувань). Робота викладена на 152 сторінках і містить 57 схем, 18 таблиць та 6 рисунків.

Перший розділ (літературний огляд) присвячений методам одержання та біологічним властивостям мевалонової та мевалдінової кислот, а також відомих фторованих мевалонатів. В другому розділі розглянуто синтез та реакції відновлення нових похідних фторованих в-кетоальдегідів. Третій розділ висвітлює особливості перебігу реакцій похідних фторованих в-кетоальдегідів з С-нуклеофілами (реакція Віттіга, реакція Реформатського, альдольна реакція). В четвертому розділі описується синтез фторованих мевалонатів та мевалдінатів, 4-поліфторалкіл-5,6-дигідро-2H-піран-2-онів та 4-поліфторалкіл-2H-піран-2-онів, а також біологічні властивості енантіомерів 6,6,6-трифторомевалонату. У п'ятому розділі наведені експериментальні методи дослідження.

2. Основний зміст роботи

Мевалонова та мевалдінова кислоти відносяться до природних гідроксикислот, кожна з яких в залежності від умов може існувати у розчині у формі лактону ((1a) та (2a)), у вигляді відкритої форми ((1b) та (2b)), або у вигляді суміші обох форм. Ці сполуки займають ключове місце в біологічному синтезі цілої низки важливих біорегуляторів, в першу чергу холестеролу. Інтерес до фторованих аналогів мевалонату (форми лактонів (3a-c)) закономірно виник після відкриття цієї кислоти, оскільки загальновідомо, що фторовані аналоги природних сполук часто проявляють ті чи інші біологічні властивості. Фторовані мевалонати виявились перспективними інгібіторами синтезу холестеролу. Фторовані аналоги мевалдінової кислоти типу (4a-c) невідомі.

Ми дослідили новий метод синтезу фторованих мевалонатів (3a,b), як у вигляді рацематів, так і у вигляді енантіомерно чистих сполук, а також аналогів мевалдінової кислоти (4a,b). Для одержання фторомевалонатів нами було запропоновано наступну ретросинтетичну схему, яка раніше в синтезі 6-фторомевалонатів не використовувалась:

Основною стадією схеми є реакція між С-нуклеофілом типу А та похідним фторованого в-кетоальдегіду з захищеною альдегідною групою B.

СИНТЕЗ ПОХІДНИХ ФТОРОВАНИХ в-КЕТОАЛЬДЕГІДІВ

Серед похідних фторованих в-кетоальдегідів типу B особливо зручними є два типи сполук: в-алкоксивініл(поліфторалкіл)кетони (5) та кетоацеталі (6). В той час як деякі з сполук першого типу (5a-е) легкодоступні, сполуки типу (6) невивчені.

Ми дослідили метод одержання нових сполук типу (5) та (6), в тому числі і з хіральними ауксіларами, які можуть бути використані в асиметричному синтезі фторомевалонатів.

Нами вивчено реакції легкодоступного енону (5а) із спиртами різної будови. Реакція відбувається в дві стадії. Спочатку утворюються змішані ацеталі типу (6), які внаслідок відриву етанолу дають відповідні в-алкоксивініл(трифторометил)кетони (5f-l). Запропонована схема дозволила нам одержати і алкоксивініл(трифторометил)кетони, що містять хіральні ауксілари (5j-l). Треба зауважити, що практично для кожної сполуки оптимальні умови перебігу доводилось підбирати індивідуально.

Для одержання стабільних похідних типу (6) ми використали реакцію енонів (5а-e) з діолами (7).

У цьому випадку, очевидно, реакція йде через стадію приєднання за кратним зв'язком з послідуючим внутрішньомолекулярним нуклеофільним заміщенням. Ця реакція дозволила нам отримати і хіральний діетиловий естер (4R,5R)-2-(3,3,3-трифторо-2-оксо1пропіл)-[1,3]-діоксалан-4,5-дикарбонової кислоти (6g), виходячи з (+)-L-діетилтартрату (7g) в якості діолу.

Отримані кетоацеталі (6) легко приєднують молекулу води з утворенням відповідних гем-діолів (8). Нами було одержано відповідні гідрати (8a,f,g):

Стійкість та кристалічність цих речовин можна пояснити наявністю внутрішньомолекулярного водневого зв'язку між однією з гемінальних гідроксигруп з атомом оксигену ацетального циклу, на що вказують дані ІЧ-спектроскопії для сполук (6), а також рентгеноструктурний аналіз сполуки (6f).

При розчиненні гідратів (8) вода частково відщеплюється, і у розчині встановлюється рівновага між гідратною (8) та кето- формами (6). Склад утвореної суміші залежить від природи розчинника, що було показано вивченням ЯМР-спектрів сполуки (8g): при зменшенні полярності розчинника спостерігається зменшення вмісту гідратної форми (8g) (табл. 1).

Структури одержаних похідних в-кетоальдегідів підтверджені за допомогою ¹Н, ¹⁹F, ¹³C ЯМР- та ІЧ-спектроскопії.

Таблиця 1. Процентний вміст гідратної форми (8g) у рівновазі (8g) (6g) + Н₂О у розчинниках різної природи

Розчинник	Процентний вміст гідратної форми (8g) (%)
Н2О	100
CH3CN	88
CHCl3	80
PhCH3	71.5
CCl4	58.5

Спочатку ми вивчили реакцію відновлення з одержаними нами похідними в-кетоальдегідів. Було показано, що реакція в-етоксивініл(трифторометил)кетонів з різними відновниками дає продукти відновлення карбонільної групи з невисокими виходами, часто в суміші з іншими продуктами. Так, у випадку відновлення борогідридом натрію в-етоксивініл(трифторометил)кетону (5а) в етанолі утворюється суміш гідроксиацеталю (9) та спирту (10а). Якщо відновлення проводиться в апротонних розчинниках, то спостерігається утворення суміші спирту (10a) і сполуки (11) - продукту атаки гідрид-йону за подвійним зв'язком з наступним відновленням карбонільної групи.

При відновленні енонів (5g,h) за допомогою діізобутилалюмогідриду (DIBAL-H) в сухому дихлорометані нами були виділені лише сполуки (10b,c) з низьким виходом у вигляді діастереомерних сумішей. Ми також провели реакцію діастереоселективного відновлення хірального кетоацеталю (6g) за допомогою борогідриду натрію з утворенням гідроксиацеталю (12) у вигляді суміші діастереомерів.

Сполуки (10b,c) та (12) утворюються з низькою діастереоселективністю, яка контролюється за допомогою ¹⁹F ЯМР спектроскопії. Пошук умов розділення одержаних сумішей діастереомерів за допомогою колонкової хроматографії був безуспішним.

ПОХІДНІ ФТОРОВАНИХ в-КЕТОАЛЬДЕГІДІВ В РЕАКЦІЯХ З С-НУКЛЕОФІЛАМИ

Для синтезу фторованих мевалонатів можуть бути використані С-нуклеофіли типу А: реагенти Віттіга (Ph₃P=CHCO₂R), реагенти Реформатського (BrZnCH₂CO₂R), еноляти літію (LiCH₂CO₂R). В першу чергу ми вивчили перебіг реакцій похідних фторованих в-кетоальдегідів типу (5) та (6) з зазначеними С-нуклеофілами, щоб визначити, який підхід є найкращим для синтезу фторомевалонатів.

При взаємодії іліду (13) з в-етоксивініл(поліфторалкіл)кетонами (5a-e) утворюється суміш відповідних продуктів (15a-e) та (17a-e). В той час як продукти (15) є “нормальними” продуктами реакції Віттіга [тобто такими, що утворюються внаслідок початкового приєднання іліду (13) за карбонільною групою з утворенням інтермедіату (14)], продукти (17a-e) утворюються внаслідок початкової атаки іліду (13) у в-положення енону (5а) [інтермедіат (16)] з наступним відщепленням етанолу.

Показано, що співвідношення продуктів (15) та (17) залежить від природи замісника R_f (див. табл. 2): збільшення розміру поліфторалкільної групи призводить до збільшення вмісту продукту (17).

Таблиця 2. Процентний вміст продуктів в реакційних сумішах в реакції енонів (5a-e) з ілідом (13) в СН₂Сl₂

Замісник Rf	Вихідний енон (5)	Процентний вміст продуктів в реакційних сумішах
		(15)	(17)
СНF2 CF3 CF2Cl C2F5 C3F7	(b) (a) (c) (d) (e)	48.1 16.4 13.8 4.6 0	51.9 83.6 86.2 95.4 100

Реакція нефторованого енону (5f) з ілідом (13) не йде навіть після тривалого кип'ятіння в дихлорометані протягом шести діб, що може бути пояснено низькою електрофільністю атомів карбону карбонільної групи та в-положення.

Було показано вплив природи розчинника на співвідношення продуктів реакції енона (5а) з ілідом (13): із збільшенням полярності розчинника збільшується вміст сполуки (17а) (див. табл. 3).

Таблиця 3. Процентний вміст продуктів реакції енону (5а) з ілідом (13) в різних розчинниках

Розчинник	Процентний вміст продуктів (%)
	(15а)	(17а)
CCl4 С6Н6 С6Н5СН3 CHCl3 CH2Cl2 TГФ CH3CN ДМФ	27.3 23.4 23.1 18.3 16.4 14.4 15.7 11.8	72.7 76.6 76.9 81.7 83.6 85.6 84.3 88.2

На основі отриманих даних (див. табл. 3) ми визначили, що співвідношення продуктів лінійно залежить від параметрів розчинника (багатопараметрична лінійна кореляція сольватаційної енергії Камлета-Тафта, коефіцієнт корреляції R = 0.981). Рівняння (1) та (2) демонструють залежність процентного складу продуктів (15а) та (17а), відповідно, від параметрів розчинника:

щ (%) = 29.150 - 16.062р* - 14.219б - 14.817в + 4.511д_H²/100 (1);

щ (%) = 70.850 + 16.062р* + 14.219б + 14.817в - 4.511д_H²/100 (2);

Де р* - показник полярності/поляризованості розчинника, б - міра кислотності донора водневого зв'язку, в - міра основності акцептора водневого зв'язку, д_H - дискретний поправочний член поляризованості для поліхлорозаміщених аліфатичних розчинників. Рівняння вказують, що окрім полярності (поляризованості) розчинника (коефіцієнт при р*), роль кислотності/основності також є суттєвою (коефіцієнти при б та в, відповідно). При цьому, зростання кислотності (основності) розчинника призводить до росту вмісту продукту (17а) (знаки коефіцієнтів при б та в). Розрахунки виконано разом з к.х.н. с.н.с. ІБОНХ С. І. Вдовенком.

Щоб уникнути одержання небажаного продукту атаки в в-положення (17), ми дослідили реакцію Віттіга з фторованими похідними в-кетоальдегідів типу (6), які мають давати в реакції з ілідом (13) лише “нормальні” продукти реакції Віттіга.

Було знайдено, що реакція кетоацеталів (6a-f) з ілідом (13) веде до утворення ізомерних E- та Z-акрилатів (18a-f) та (19a-f), відповідно.

Співвідношення продуктів (18a-f) та (19a-f) представлені нижче (див. табл. 4). Привертає увагу низька стереоселективність реакції (вміст Е-ізомеру складає 38-73%), а також зростання процентного складу “менш вигідного” Z-ізомеру (19) при збільшенні розміру поліфторалкільного замісника у ряду (6a,c-e) (зміна R_f від CF₃ до С₃F₇).

Таблиця 4. Процентний вміст стереоізомерних продуктів (18a-f) та (19a-f) у реакції Віттіга з кетоацеталями (6a-f)

Замісник Rf	n	Вихідна сполука	Процентний вміст продуктів (%)
			Е-ізомер (18)	Z-ізомер (19)
CНF2	0	(6b)	47.9	52.1
CF3	0	(6a)	73.4	26.6
CF2Cl	0	(6c)	65.6	34.4
C2F5	0	(6d)	44.6	55.4
C3F7	0	(6e)	37.9	62.1
CF3	1	(6f)	41.4	58.6

Такі дані можуть бути пояснені участю ацетальних атомів оксигену в стабілізації інтермедіатів реакції. Підтвердженням цього припущення є той факт, що співвідношення стереоізомерів (18) та (19) залежить від розміру віддаленого від реакційного центру ацетального циклу [див. дані табл. 4 для (6a) та (6f)]. Розгляд стеричних взаємодій між найбільш об'ємними групами (етоксикарбонільна та поліфторалкільна) у конформерах інтермедіатів A [з якого одержується E-ізомер (18)] та B [з якого одержується Z-ізомер (19)], дозволяє пояснити зростання процентного складу “менш вигідного” Z-ізомеру (19) при збільшенні об'єму поліфторалкільного замісника.

Структури одержаних ілідів (15), та акрилатів (17), (18), (19) підтверджені за допомогою ¹Н, ¹⁹F, ¹³C, ³¹P ЯМР- та ІЧ-спектроскопії. Для визначення конфігурації подвійного зв'язку сполук (17), (18), (19) були проведені експерименти ЯЕО. Для сполуки (17a) проведено рентгеноструктурне дослідження.

Ускладнення реакції Віттіга з похідними фторованих в-кетоальдегідів спонукали нас випробувати також реакції з іншими нуклеофілами, які б були придатними для простого та ефективного синтезу мевалонатів. Тому ми вивчили також реакцію Реформатського та альдольну реакцію з похідними фторованих в-кетоальдегідів. В реакції Реформатського енонів (5j-l) з метилйодацетатом утворюються відповідні продукти (20a-c). Реакція з кетоацеталем (6g) дає продукт (21). В альдольній реакції з використанням трет-бутилацетату та діізопропіламіду літію з енонами (5а,k-l) утворюються продукти (20d-f). Діастереоселективність вказаних перетворень у випадку хіральних похідних трифторацетилацетальдегіду (5j-l) та (6g) була визначена за допомогою ¹⁹F-ЯМР спектроскопії та виявилась незначною (0-22%), а відповідні діастереомери не були розділені за допомогою колонкової хроматографії.

Альдольна реакція, виявилась більш зручною для використання в синтезі рацемічних фторованих мевалонатів: вона проходить в середньому з кращими виходами, ніж реакція Реформатського, а одержані речовини після виділення, як правило, не потребують очищення. Ми провели альдольну реакцію також з енонами (5b,c) і отримали відповідні сполуки (20g,h).

СИНТЕЗ ФТОРОВАНИХ ПІРАНОНІВ, ДИ- ТА ТЕТРАГІДРОПІРАНОНІВ. ФТОРОМЕВАЛОНАТИ ТА ФТОРОМЕВАЛДІНАТИ

Рацемічні фторомевалонати були одержані за наведеною нижче схемою. Кислотний гідроліз етоксивінільної групи продуктів альдольної реакції (20) призводить до утворення альдегідів (22), відновлення яких триацетокси-борогідридом натрію дає дигідроксиестери (23). Кислотний гідроліз трет-бутоксикарбонільної групи одержаних діолів (23) призводить до утворення рацемічних фторомевалонатів (1d,c).

Рацемати (1d,c) можуть бути розщеплені на енантіомери реакцією з (S)-1-фенілетиламіном з наступним хроматографічним розділенням одержаних діастереомерних фенілетиламідів (24), кислотний гідроліз яких призводить до відповідних енантіомерів фторомевалонатів (1d,c).

Для (-)-трифторомевалонату (-)-(3a) було здійснено рентгеноструктурний аналіз, який засвідчив для цієї сполуки (R)-конфігурацію. Слід зауважити, що природний мевалонат є також (-)-енантіомером та має також (R)-конфігурацію. Таким чином, можна зробити висновок, що формальна заміна атомів гідрогену на атоми фтору в метильній групі мевалонату не призводить до зміни знаку обертання площини плоскополяризованого світла. З вищесказаного також можна припустити, що і дифторомевалонат (-)-(3a) також має (R)-конфігурацію.

Енантіомерна чистота одержаних оптичних ізомерів була підтверджена методом високоефективної рідинної хроматографії діастереомерних амідів (25a,b), приготовлених з кожного з енантіомерів та рацематів (3a,b).

За даними ВРХ енантіомерна чистота трифторомевалонатів (3a) складає ~100%, а для енантіомерів дифторомевалонатів (3b) - 85 та 95%.

У співпраці із співробітниками відділу медико-біологічних досліджень ІБОНХ к.б.н. Л.О. Метелицею та к.б.н. Л.Л. Чарочкіною нами було вивчено імуномодулюючу активність сполук (S)- та (R)-(3a). Такі дослідження були цікаві щодо з'ясування, чи впливає абсолютна конфігурація сполуки (3a) на її біологічні властивості. Вплив на гуморальний імунітет оцінювали, вивчаючи проліферативну активність спленоцитів. Було показано, що через 1 добу після введення сполук (R)-(3a) та (S)-(3a) проліферативна активність спленоцитів значно знижується - в середньому в 1,4 рази. Через 5 діб пригнічуюча дія сполук повністю зупиняється, а кількісний лімфоцитарний склад селезінки повністю відновлюється. Вплив на клітинний імунітет досліджували, вивчаючи спонтанну розеткоутворюючу активність імунокомпетентних спленоцитів. Було показано, що спонтанне розеткоутворення Т-лімфоцитів селезінки неімунізованих мишей носить дозозалежний характер. Додавання сполуки (R)-(3a) у клітинну суспензію в різних концентраціях призводить до стимуляції процесу розеткоутворення, в той час як сполука (S)-(3a) в концентрації 1·10^-3 моль/л пригнічує розеткоутворення Т-лімфоцитів. Також спостерігався різний вплив на фагоцитарну активність поліморфноядерних лейкоцитів (ПМЯЛ), яка є ознакою неспецифічного імунітету. Сполука (R)-(3a) має пролонговану пригнічуючу дію на фагоцитоз ПМЯЛ крові мишей, через 5 діб після її введення фагоцитарна активність нижче контролю. Після введення сполуки (S)-(3a) фагоцитарна активність ПМЯЛ через 1 добу знижується, проте через 5 діб вже відновлюється до контрольних показників.

Проведені дослідження дозволяють зробити висновок про те, що хоча обидва енантіомери проявляють імуномодулюючу активність, спостерігаються суттєві відмінності в їх дії, зокрема, помітно відрізняється вплив на неспецифічний та клітинний імунітети. При цьому (R)-енантіомер з “природною” конфігурацією хірального центру має більш виражену та пролонговану дію.

Запропонована нами схема синтезу фторомевалонатів дозволяє одержати також рацемічні фторовані мевалдінати (4a,b) шляхом гідролізу трет-бутоксикарбонільної групи альдегіду (22a,b). За даними спектрів ¹H та ¹⁹F ЯМР в розчинах фторовані мевалдінові кислоти знаходяться у вигляді рівноважної суміші трьох форм: епімерних лактонів (4-Ia,b) та (4-IIa,b) та нециклічної альдегідокислоти (26a,b).

Для того, щоб охарактеризувати ці сполуки, ми приготували натрієві солі одержаних мевалдінатів, що існують лише у відкритих формах (28a,b).

Виходячи з (R)-трифторомевалонату (R)-(-)-(3a), ми також здійснили синтез енантіомерно чистого похідного (R)-трифторомевалдінату - аміду (R)-(+)-(28), що є перспективним хіральним фторованим будівельним блоком. Синтез включав реакцію сполуки (R)-(-)-(3a) з диетиламіном та окислення первинної гідроксильної групи до альдегідної в умовах реакції Сверна.

Одержані нами фторомевалонати (3a,b) та фторомевалдінати (4a,b) є гідроксивмісними піранонами, а отже можуть виступати вихідними сполуками для синтезу 4-поліфторалкіл-5,6-дигідро-2H-піран-2-онів (29a,b) та 4-поліфторалкіл-2H-піран-2-онів (30a,b), які є потенційно корисними фторованими будівельними блоками. Сполуки (29a,b) та (30a,b) були одержані нами із середніми виходами при кип'ятінні у толуені чи бензені у присутності п-ТСК сполук (3a,b) та (4a,b), з одночасною відгонкою утвореного азеотропу.

Піранони (30) були отримані нами також зі сполук (18a-e) та (19a-e) в умовах кислотного гідролізу, метою якого було зняття ацетального захисту [одержання альдегідів (31)]: за кімнатної температури реакція не відбувалась, тоді як при кип'ятінні із середніми виходами утворюються продукти (30a-e). Слід відзначити, що реакція перебігає як з (E)- так і (Z)-ізомерами акрилатів (18) та (19), що свідчить про легкість ізомеризації С=С-подвійного зв'язку в умовах гідролізу.

Структури одержаних гетероциклічних сполук (29) та (30) були підтверджені за допомогою ¹Н, ¹⁹F, ¹³C ЯМР- та ІЧ-спектроскопії.

Висновки

В дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці нового ефективного методу синтезу фторованих аналогів мевалонової та мевалдінової кислот з доступних фторовмісних синтонів - похідних в-кетоальдегідів.

Показано, що в реакції в-етоксивініл(поліфторалкіл)кетонів із спиртами та діолами утворюються в-алкоксивініл-(трифторометил)кетони та поліфторалкіл-в-кетоацеталі, відповідно. На основі цієї реакції синтезовано нові похідні поліфторалкіл-в-кетоальдегідів, в тому числі і такі, що містять хіральні ауксілари.

Знайдено, що при взаємодії похідних фторованих в-кетоальдегідів з (етоксикарбонілметилен)трифенілфосфораном утворюються суміші продуктів реакції по карбонільній групі та за в-положенням [у випадку в-етоксивініл(поліфторалкіл)кетонів] та суміші Z- та E-ізомерних продуктів реакції Віттіга (у випадку поліфторалкіл-в-кетоацеталів). В останньому випадку спостерігається аномально високий вміст Z-ізомеру, що було пояснено стабілізацією інтермедіатів реакції Віттіга за рахунок додаткової взаємодії між атомами фосфору та ацетальним атомом оксигену.

Показано, що реакція в-етоксивініл(трифторометил)кетонів з різними відновниками дає продукти відновлення карбонільної групи з невисокими виходами, часто в суміші з іншими продуктами. У випадку трифторометил-в-кетоацеталів продукти відновлення карбонільної групи одержуються з високим виходом. В той же час, реакція Реформатського та альдольна реакція з похідними фторованих в-кетоальдегідів з хорошими виходами дають лише продукти приєднання по карбонільній групі. При застосуванні хіральних похідних фторованих в-кетоальдегідів у наведених реакціях спостерігалась невисока стереоселективність, яку можна легко контролювати за допомогою ¹⁹F ЯМР-спектроскопії.

На основі альдольної реакції відповідних в-етоксивініл(поліфторалкіл)кетонів розроблено ефективний метод одержання рацематів 6,6-дифторомевалонату, 6,6,6-трифторомевалонату, 6,6-дифторомевалдінату та 6,6,6-трифторомевалдінату. Вперше здійснено розщеплення рацематів синтезованих фторомевалонатів на енантіомери шляхом хроматографічного розділення діастереомерних амідів, синтезованих з (S)-1-фенілетиламіну та рацемічних фторомевалонатів. Встановлено оптичну чистоту та абсолютну конфігурацію енантіомерів фторованих мевалонатів.

Вперше проведено первинні біологічні дослідження імуномодулюючої активності обох енантіомерів 6,6,6-трифторомевалонату та показано суттєву відмінність між дією (R)- та (S)-енантіомерів на імунну систему організму: (R)-енантіомер з “природною” конфігурацією хірального центру має більш виражену та пролонговану дію.

Виходячи з одержаних фторомевалонатів та фторомевалдінатів одержано раніше невідомі 4-поліфторалкіл-5,6-дигідро-2H-піран-2-они та 4-поліфторалкіл-2H-піран-2-они, що є перспективними фторованими синтонами в синтезі потенційних біорегуляторів.

Список публікацій за темою дисертації

1. Kondratov I.S., Gerus I.I., Kukhar V.P., Manoilenko O.V. New Synthetic Approach to Mevalonate and Mevaldate Fluoroanalogs // Tetrahedron: Asymmetry. - 2007. - Vol. 18, № 16. - P. 1918-1925.

2. Kondratov I.S., Gerus I.I., Furmanova M.V., Vdovenko S.I., Kukhar V.P. Reactions of ethyl triphenylphosphoranylideneacetate with fluorinated в-ketoaldehyde derivatives // Tetrahedron. - 2007. - Vol. 63, № 30. - P. 7246-7255.

3. Kondratov I.S., Gerus I.I., Kacharov A.D., Gorbunova M.G., Kukhar V.P., Frцhlich R. New Derivatives of Trifluoroacetyl Acetaldehyde and Trifluoroaldol // J. Fluorine Chem. - 2005. - Vol. 126, № 4. - P. 543-550.

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

5. Kondratov I.S., Gerus I.I, Kukhar V.P. Synthesis of New 4-(Polyfluoroalkyl)-2H-pyran-2-ones // 15^th European Symposium on Fluorine Chemistry. - Prague (Czech Republic), 2007. - P. 302.

6. Kukhar V.P., Kondratov I.S., Gerus I.I. A New Synthesis of Fluorocontaining Mevalonic and Mevaldinic Acids // 18^th International Symposium on Fluorine Chemistry. - Bremen (Germany), 2006. - P. 204.

7. Кондратов И.С., Герус И.И., Кухарь В.П., Фурманова М.В. Особенности реакции Виттига с производными фторированных кетоальдегидов // Международный симпозиум “Advanced Science in Organic Chemistry (ASOC)”. - Судак (Украина), 2006. - C-073.

8. Kondratov I.S., Gerus I.I., Kacharov A.D., Kukhar V.P. New Derivatives of Trifluoroacetyl Acetaldehyde // 14^th European Symposium on Fluorine Chemistry. - Poznan (Poland), 2004. - P. 79.

9. Кондратов І.С., Герус І.І., Качаров О.Д., Кухар В.П. Синтез та вивчення нових похідних трифтороацетилацетальдегіду // ХХ Українська конференція з органічної хімії, присвячена 75-річчю з дня народження академіка О.В. Багатського. - Одеса (Україна), 2004. - С. 224.

10. Кондратов І.С., Качаров О.Д., Герус І.І., Войтенко З.В., Кухар В.П. Синтез хіральних фторорганічних сполук на основі в-етоксивініл(трифторометил)кетону // IV Всеукраїнська наукова конференція студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”. - Київ (Україна), 2003. - P. 107.

Размещено на Allbest.ru