Синтез и биологическая активность симметричных и несимметричных производных 1Н-азолов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, доктор наук Белоусова Зоя Петровна

• Белоусова Зоя Петровна
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Белоусова Зоя Петровна

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Применение А,А'-карбонилбисимидазола в органическом

синтезе

1.2. Применение А,А'-карбонилбисимидазола в реакциях

с нуклеозидами и нуклеотидами

1.2.1. Синтез 2'- и 3'-производных нуклеозидов и нуклеотидов

1.2.2. Синтез динуклеозидных производных активацией ненуклеозидного фрагмента

1.2.3. Фосфорилирование З'-фосфонатной группы

1.2.4. Фосфорилирование 5'-гидроксильной группы

1.2.4.1. Синтез 5'-полифосфатов 2'-дезоксирибонуклеозидов

1.2.4.2. Синтез 5'-полифосфатов 2',3'-защищенных рибонуклеозидов

1.2.4.3. Синтез 5'-полифосфатов метанокарбануклеозидов

и 2'-дезоксиметанокарбануклеозидов

1.2.4.4. Синтез 3',5'-циклополифосфатов рибонуклеозидов

1.2.4.5. Синтез 2',3'-циклокарбонатов метанокарба-, арабино-

и рибонуклеотидов

1.2.4.6. Синтез 5'-полифосфатов ациклических

нуклеозидов

1.2.4.7. Синтез 5'-полифосфатов циклопентенилнуклеозидов

1.2.4.8. Синтез 5'-полифосфатов рибонуклеозидов

2. Результаты и их обсуждение

2.1. Симметричные производные 1^-азолов

2.1.1. Синтез и изучение гидролитической устойчивости

А,А'-ацилбисазолов

2.1.2. Квантово-химические расчеты физико-химических параметров молекул Лг,Лг'-ацилбисазолов

2.1.3. Синтез нуклеозид-5'-фосфоазолидов

2.1.4. Синтез природных соединений с применением

АГ,АГ'-ацилбисазолов

2.1.4.1. Применение нуклеозид-5'-фосфоазолидов для получения метиленовых аналогов нуклеозид-5'-тетрафосфатов

2.1.4.2. Применение нуклеозид-5'-фосфоазолидов для получения нуклеозид-5'-трифосфатов

2.1.5. Изучение биологической активности Аг,Лг'-ацилбисазолов ...111 2.2. Несимметричные производные 1Я-азолов

2.2.1. Синтез 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов

2.2.2. Изучение биологической активности

1 - [алкил(арил)сульфонил] -1 Я-азолов

2.2.3. Синтез (1Я-азол-1-илметил)фенил-Р-0-глюкопиранозидов

2.2.4. Синтез 1-[2-(бензилокси)бензил]- и 1-[4-(бензилокси)бензил]-1Н-азолов

2.2.5. Изучение биологической активности 2- и 4-(1Н-азол-1-илметил)фенолов, их гликозидов и 1-[2-(бензилокси)бензил]- и

1-[4-(бензилокси)бензил]-1Н-азолов

3. Экспериментальная часть

3.1. Оборудование и реагенты

3.2. Аналитические методы

3.3. Синтез ДА^-ацилбисазолов

3.4. Синтез нуклеозид-5'-фосфоазолидов

3.5. Синтез метиленовых аналогов нуклеозид-5-тетрафосфатов

3.6. Синтез нуклеозид-5'-трифосфатов

3.7. Синтез 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов

3.8. Синтез азолилметилфенолов

3.9. Синтез (1Я-азол-1-илметил)фенил-Р-0-глюкопиранозидов

3.10. Синтез 1-[2-(бензилокси)бензил]- и

1-[4-(бензилокси)бензил]-Ш-азолов

Выводы

Список использованных сокращений и обозначений

Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и биологическая активность симметричных и несимметричных производных 1Н-азолов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние годы внимание исследователей привлекают химические соединения, активно изучаемые как химией, так и биологией. В ряду биологически активных веществ азотсодержащие гетероциклы занимают одно из ведущих мест. Интерес к этим соединениям обусловлен широким спектром их реакционной способности и многообразием видов биологической активности, распространением в природе и участием во многих важных процессах жизнедеятельности. Многие из них нашли широкое применение в медицине в качестве эффективных антигельминтных, антигипертензивных, сосудорасширяющих, спазмолитических и других препаратов.

Разработка новых методов синтеза соединений с фрагментами азотсодержащих гетероциклов позволит получить ряд синтетических аналогов природных соединений, многие из которых изучены недостаточно. Дополнительные исследования структуры и свойств А,А'-ацилбисазолов, алки(арил)сульфонил-А-азолов и произвлдных А-азолилметилфенолов могут дать подробную картину влияния природы гетероцикла на их свойства, способствовать решению некоторых дискуссионных проблем, связанных с механизмами реакций и строением вновь синтезированных соединений. Синтез и исследование свойств перечисленных соединений имеют большое теоретическое и практическое значение в плане поиска новых физиологически активных веществ.

Настоящая работа выполнена в рамках плановых научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре органической, биоорганической и медицинской химии ФГАОУ ВО «Самарский НИУ имени академика С.П. Королева» и в ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М.Губкина» в рамках научного направления «Взаимосвязь между составом, строением и свойствами химических соединений».

Цель и задачи исследования: разработка новых подходов к синтезу функциональных производных имидазол- и триазолсодержащих соединений, изучение их химических и биологических свойств.

Для реализации поставленной цели решались следующие основные задачи:

- разработать стратегию и тактику синтеза новых соединений класса ДА-ацилбисазолов, применить квантово-химические расчеты возможных конформеров для оценки их реакционной способности;

- исследовать реакции активации фосфатной группы нуклеотидов с использованием данных веществ, изучить возможность их практического применения для получения различных классов природных соединений, таких, как нуклеозидтрифосфаты и метиленовые аналоги нуклеозидтетрафосфатов;

- синтезировать изомерно чистые 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолы с различным числом атомов азота и природой функциональных групп в азольном фрагменте;

- разработать простые и эффективные методы получения гликозидов и бензилированных производных 2- и 4-(1Я-азол-1-илметил)фенолов как потенциальных фармакологических препаратов в качестве субстанций;

- оценить биологическую активность синтезированных соединений.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований

обосновано перспективное научное направление, в основе которого лежит синтез новых соединений класса А,А'-ацилбисазолов с различными функциональными заместителями в азольных фрагментах и продемонстрированы ранее не изученные области их применения.

Впервые на основании квантово-химических расчетов молекул А,А'-ацилбисазолов выявлены особенности строения их конформеров, изучено влияние заместителей в азольном фрагменте и структуры ацильной группы на их реакционную способность. Установлено, что на их

реакционную способность влияют: значения торсионных углов, дипольных моментов, величина и разность в значениях положительных и отрицательных зарядов в ацильном фрагменте.

Установлен факт каталитической роли А-метилимидазола на процесс получения нуклеозид-5'-фосфоазолидов при использовании в качестве активирующих реагентов менее реакционноспособных, но более устойчивых А,А'-ацилбисбензазолов.

Осуществлен синтез ряда 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов в виде 1Я-изомеров с различным числом атомов азота в фрагменте гетероцикла и структурой алкильного(арильного) остатка сульфокислоты.

Впервые квантово-химическими расчетами выявлены факторы, влияющие на их реакционную способность и биологическую активность, такие, как структура ацильной группы и азольного кольца, ориентация гетероциклических фрагментов относительно сульфонильной группы (торсионные углы), а также величины дипольного момента и липофильности.

На основании проведенных расчетов молекул

1-[алкил(арил)сульфонил]-1^-азолов синтезированные соединения были впервые использованы в качестве моделей для изучения корреляций «структура - биологическая активность».

Впервые синтезированы 2- и 4-(1^-2-бензилбензимидазол-1-илметил)фенолы методом сплавления 2- и 4-гидроксибензиловых спиртов с

2-бензилбензимидазолом.

Осуществлен синтез новых алкилированных производных 2- и 4-(1Я-азол-1-илметил)фенолов, что позволило выявить влияние модификаций в различных положениях фенильного фрагмента на свойства этих соединений.

Показано, что метод Гельфериха, используемый при гликозилировании алкилфенолов, может быть распространен на 4-(1Я-азол-1-илметил)фенолы.

Впервые изучена токсичность, а также антибактериальные, антифунгальные, иммуномодулирующие свойства отдельных представителей

А,А-ацилбисазолов 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов, 2- и 4-(Ш-азол-1-

7

илметил)фенолов, (1Я-азол-1-илметил)фенил-Р-0-глюкопиранозидов и 1-[2-(бензилокси)бензил]- и 1-[4-(бензилокси)бензил]-1Н-азолов.

Практическая значимость работы. Отработаны условия проведения реакций для получения нуклеозид-5'-фосфоазолидов из нуклеозид-5'-фосфатов и ДА'-ацилбисазолов.

При изучении биологической активности -ацилбисазолов показано, что основными факторами, определяющими содержание биологического ответа, являются пространственное строение ацильной группы, величины их дипольного момента и липофильность.

Синтезирован ряд структурно сходных соединений на примере 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов, позволяющий выявить у них определенный тип биологической активности. Это позволит обнаружить корреляции и разработать на их основе эффективно работающие теоретические модели новых соединений и, уменьшив число экспериментальных животных, изучить механизм действия данных соединений на прокариотов и эукариот.

Предложенный метод гликозилирования 4-(1Н-азол-1-илметил)фенолов позволяет получать гликозиды 4-(1Н-азол-1-илметил)фенолов в виде одного Р-аномера.

Отдельные представители классов синтезированных соединений могут быть рекомендованы к использованию в фармакологии в качестве потенциальных лекарственных препаратов, а также пестицидов в сельском хозяйстве.

Представленные в диссертационной работе методы синтеза соединений и результаты изучения их биологической активности, спектральных свойств, а также расчетов физико-химических параметров с описанием моделей молекул используются при проведении научных исследований на кафедрах физической химии и хроматографии, биохимии, биотехнологии и биоинженерии, зоологии, генетики и общей экологии ФГАОУ ВО

«Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева», а также в учебном процессе и написании учебно-методических пособий.

Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, выразился в выборе и постановке проблем, теоретическом обосновании поставленных задач, разработке путей экспериментального выполнения, непосредственном участии во всех исследованиях и интерпретации полученных результатов.

На защиту выносятся следующие результаты:

• разработка общих подходов к построению эксперимента с использованием в качестве активирующих реагентов ДА-ацилбисазолов при получении нуклеозид-5 -фосфоазолидов;

• изучение возможности применения нуклеозид-5 -фосфоазолидов для синтеза нуклеозидтрифосфатов и метиленовых аналогов нуклеозидтетрафосфатов;

• исследование зависимости биологической активности ДА-ацилбисазолов от строения;

• систематизация методов синтеза 1-[алкил(арил)сульфонил]-1Я-азолов и интерпретации особенностей их биологической активности в зависимости от структуры;

• разработка новых подходов к методам синтеза гликозидов 1Я-азол-1-ил-метилфенолов и их в присутствии эфирата трехфтористого бора, а также путей их возможного практического применения при изучении биологической активности.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 55 публикациях, из них: 34 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 18 статьях и тезисах в журналах, сборниках и материалах научных конференций

регионального, межрегионального и международного уровней, 1 авторское свидетельство, 1 монография, 1 учебное пособие.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции «Экологические проблемы охраны живой природы» (Москва, 1990), на Международной конференции «Питання бюшдикаци i екологи» (Запорожье, 1998), на Международной конференции «Экология и жизнь - 2000 (Нижний Новгород, 2000), на Всероссийской заочной конференции «Катализ и сорбция в биотехнологии, химии, химических технологиях и экологии» (Тверь, 2003), на Междисциплинарном микологическом форуме (2009), Научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки и образования» (с международным участием) (Уфа, 2010), на IX Международной научно-практической конференции «Настоящи изследвания и развитие - 2013» (Болгария, София, 2013), Международном научном форуме «Бутлеровское наследие - 2015» (Казань, 2015), Мини-Симпозиум «Бутлеровское наследие 17-18» (БН-17-18) Самара - Казань, 2017-2018).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Применение Л,Л-карбонилбисимидазола в органическом синтезе

Класс АД-ацилбисазолов берет начало от АД'-карбонилбисимидазола (CDI), так называемого реактива Штааба, предложенного им в 1960-х гг. для проведения реакций амидирования в пептидном синтезе.

К настоящему времени известно об использовании CDI и в других областях органической химии. Различные варианты применения CDI можно классифицировать следующим образом:

1) активация различных функциональных групп (амино-, карбоксильной, гидроксильной);

2) реакции амидирования;

3) реакции этерификации;

4) реакции фосфорилирования;

5) синтез циклических, в том числе гетероциклических соединений;

6) синтез нециклических соединений;

7) синтез производных нуклеозидов и нуклеотидов.

Кроме CDI в литературных источниках есть информация о применении АД'-тиокарбонилбисимидазола (TCDI). Но она ограничивается узкой областью его применения для синтеза гетероциклов.

Из литературных данных известно об успешном использовании АД'-карбонилбисимидазола для активации фосфатной группы нуклеотидов. В связи с тем, что в представленной работе один из разделов посвящен применению А,А'-карбонилбисимидазола и другим представителям А,А'-ацилбисазолов для получения различных нуклеотидсодержащих соединений, литературный обзор включает информацию, посвященную их использованию в данной области.

1.2. Применение Л,Л-карбонилбисимидазола в реакциях с нуклеозидами и нуклеотидами

1.2.1. Синтез 2'- и 3'-производных нуклеозидов и нуклеотидов

CDI использовался в синтезе аденозинтрифосфата с биотинил-линкером (схема 1), производных уридина, содержащих олеильные и глюкозидный заместители (схема 2), 4'-С-[2-[[Аг-(2-аминоэтил)-карбамоил]окси]этил]-тимидина (схемы 3, 4) [1-3].

Согласно схеме 1 сначала биотинированный линкер (I) взаимодействует с CDI (DMF, 1 ч, атмосфера азота), а затем in situ реагирует с водным раствором аденозинтрифосфата (II) (6 ч, комнатная температура) [1].

Нейтральные амфифильные производные уридина, содержащие две олеильные цепи и один глюкозидный заместитель, синтезированы для построения ДНК в 3 стадии [2]. Синтетический путь начинается с 5'-диметокситритилуридина. Промежуточный липофильный интермедиат (III) был получен взаимодействием олеиламина с 2'- и З'-гидроксильными группами рибозы с использованием CDI (DMAP, DMF, 13 ч).

Схема 1

о

о

о

р р р

о- / ^о^о^о—, о о о

о^ .о он

о

о

но ' о

рр о о

Амфифильное диолеильное производное (IV) нуклеозида получено добавлением глюкозного фрагмента путем трихлорацемидатного глюкозилирования и стадии снятия ацетильной защиты. Полученный амфифил хорошо растворялся в воде и DMSO (схема 2) [2].

о

р

+

о

S

о

э

о

О Ме

Ме ,О

м^ Оо

NH

Ме

N ^О

N ^О

О^ -О а /О

^Н HN к К

^Н HN

к к

Был осуществлен синтез олигодезоксинуклеотидов, содержащих 4'-С-[2-[[Ы-(2-аминоэтил)-карбамоил]окси]этил]тимидин: нонадекамера

d[CTGGCTCAGCTCGTCTCAT]-3' и гептадекамера

d[CTCGTACCATTCCGCTC]-3'. На начальной стадии 4'а-(2-гидроксиэтил) производное (V) превращено в 4'-С-[2-[[А-(2-аминоэтил)-карбамоил]окси]этил]тимидиновое производное (VI) согласно схеме 3. Соединение (VI) фосфитилируется стандартной процедурой до получения фосфоамидита (VII) [3].

Схема 3

Ме

Ме

N4

N4

DMTrO

НО

N О

CDI

Н2^

^Н,

О DMTЮ^A О I

N О

N О

Н

ОН

ОН

VI

(iPr)2N

О

О

О

О

О

О

О

О

К_С16Н36

О

О

О

Р3ССООС2Н5

V

О

Олигодезоксинуклеотиды подобного состава более устойчивы к гидролизу фосфодиэстеразой змеиного яда (З'-экзонуклеаза) и ДНКазой I (эндонуклеаза), чем немодифицированные исходные олигонуклеотиды [3].

4'-Производное (фенилселено)тимидина (VII), полученное из тимидина в 6 стадий по методу, предложенному Гиезе с сотрудниками, служит отправной точкой синтеза (схема 3). Радикальная реакция винилсилильного производного (VIII) с Bu3SnH и последующим окислением по Тамао дает 4'a-замещенный нуклеотид (IX), который далее превращается в соответствующий имидазолид реакцией с CDI (DMAP, DMF, комнатная температура, 6 ч). Имидазолид in situ вступает в реакцию с 1,2-диаминоэтаном (комнатная температура, 3 ч). К полученному соединению добавляются этилтрифторацетат, Et3N (MeOH, комнатная температура, 14 ч).

Схема 4

о

о

OTBS

Me

IX

O

Me

1.2.2. Синтез динуклеозидных производных активацией ненуклеозидного фрагмента

CDI использовался в синтезе уридиндифосфатных прозводных (схема 5), азидоаденозильных аналогов аденозиндифосфата (гидроксиметил)пирро-лидинола (схемы 6, 7), нуклеозидтрифосфатов N6-(2 -дезокси-а,Р-0-эритро-пентафуранозил)-2,6-диамино-4-гидрокси-5-формамидопиримидина (схема 8) [4-6].

Синтезы P2Yl4-рецепторных лигандов для определения физиологической роли рецептора. Так как P2Y14-рецептор был идентифицирован как уридиндифосфат-сахароактивированный G-протеин-объединенный рецептор, было обнаружено, что уридиндифосфат, как и уридиндифосфатглюкоза и другие нуклеотидные сахара, активирует этот рецептор [4].

Схема 5

RO^/ ^OH

CDI

RO ' N-^

NH

o-'No'

O

OH

O P

O

P

O O

RO^/ ^O^/ 'О'

N

OH X

NH

Монофосфаты превращаются в соответствующие трибутиламмониевые соли и затем активируются CDI (DMF, 5 ч, комнатная температура). Затем добавляются трибутиламмониевые соли 5'-монофосфата 2-тио- или 4-тиоуридина до получения соединений X. Все нуклеотидные аналоги

1 31

идентифицированы ВЭЖХ, ЯМР H, ЯМР J1P, и масс-спектрометрией высокого разрешения (схема 5).

O

O

O

X

X

X

O

X

Были синтезированы два изомерных азидоаденозильных аналога аденозиндифосфата (гидроксиметил)пирролидинола для фоточувствительной метки поли(АОР-рибозид)гликогидролазы [5].

Поли(АОР-рибоза) - необычная полинуклеиновая кислота, синтезируемая в ядрах эукариотических клеток в ответ на повреждение ДНК, является гомополимером аденозинфосфатрибозы, локализуется в ядрах клеток, ковалентно-связанная с хроматин-ассоциированными протеинами или гистонами.

Аденозинддифосфатрибозидные полимеры метаболизируются действием трех ферментов: поли(АОР-рибозид)полимеразы, катализирующей инициацию, рост и ветвление полимера, поли(АОР-рибозид)гликогидролазы, катализирующей распад полимера до АОР-рибозы гидролизом гликозидных связей, и АОР-рибозил протеинлиазы, удаляющей терминальные АОР-рибозидные остатки от АОР-рибозид-протеинового конъюгата. Метаболизм АОР-рибозидных полимеров облегчает восстановление делящихся клеток от повреждения ДНК, в противоположном случае такие клетки погибают. Аденозин дифосфат (гидроксиметил)пирролидинола 1 является первым синтезированным ингибитором поли(АОР-рибозид)гликогидролазы (схема 6).

Синтез 2-азидоаденозин-5' -дифосфата (гидроксиметил)пирролидинола (Х1а) и 8-азидоаденозин-5'-дифосфата (гидроксиметил)пирролидинола (Х1Ь) представлен на схеме 6.

Схема 6

о"7Р>чо—,

он ЫВпс

о

онон

он он

NH,

X N

NH

XN

N

OHOH

О О

P P

-О^/Ч^О—,

OH OH

OH OH

, NBoc

W

OH OH

OO PP

^о^о^о—,

OH OH

XI

XIa X=N3 Xlb Y=N3

HH

\ I

OH OH

Конденсация эфира фосфата (XII) с (XIII) до получения защищенного динуклеотида (XIV) протекает в несколько стадий: защищенный пирролидин (XIII) реагирует в присутствии CDI (DMF, Bu3N, 2 ч, комнатная температура)

32

с [а- P]-1-(трет-бутилоксикaрбонил)-8-aзидоaденозин-5'-монофосфaтом

32

(гидроксиметил)пирролидинола (XII) до получения [а- P]-1-(mpem-бутилоксикарбонил)-8-азидоаденозин-5'-дифосфата (гидроксиметил)-

пирролидинола (XIV) (схема 7).

Схема 7

о

о-'/Ч-

OH

NH,

^NBoc

О

OH OH

CDI

^N^O-

ч

OH OH

32 р

OH XII

OH

.NBoc

W

OH OH

N

N

Y

N

N

Y

O

N

N

O

N

3

N

N

NH,

O O

2p^ ^p.

№

HO HO

OHOH

NH

XIV

OO

2p^ ^p.

N

OH OH

-o'I ^o'f о—

HO HO

,NBoc OH OH

HH

\ I

,N +

OH OH

Синтез нуклеозидтрифосфатов -дезокси-а,Р-Б-эрмтро-пенто-

фуранозил)-2,6-диамино-4-гидрокси-5-формамидопиримидина (Fapy*dGTP). Фрагмент Кленова ДНК полимеразы I Escherichia coli связывается с Fapy*dGTP в качестве субстрата, включая его в дуплексы ДНК в случае повреждения генетического материала [6].

Первоначально предполагалось получить нуклеозидтрифосфат из соответствующего нуклеозида через монофосфат, активированный нуклеофильной атакой пирофосфата. Однако активация монофосфата CDI приводила к продуктам деформилирования. Поэтому о-нитровератрольный эфир пирофосфата (XV) активируется CDI, и полученный пирофосфат взаимодействует с Fapy*dGMP (XVI) (схема 8).

Схема 8

MeO

MeO

O-'/^O—,

Br

H O.

MeO

MeO

no2 o

O

P P

O о

XV

CDI

+

N

N

N

N

N

N

N

N

O

2

O

H O.

MeO

MeO

P P P

С С С

1.2.3. Фосфорилирование 3'-фосфонатной группы

Была получена серия из восьми новых нуклеозид фосфонатов с L-треозным и L-2-дезокситреозным остатком сахара, два из которых (РМОТА и РМОТТ) проявили анти-Н1У-1 (Н1У-2) активность, причем цитотоксичность не была обнаружена даже при применении в высоких концентрациях. Кинетика включения РМОТА в ДНК (при использовании дифосфата РМОТА в качестве субстрата и ШУ-1 обратной транскриптазы) сходна с кинетикой, наблюдаемой для dATP, в то время как дифосфат РМОТА очень плохой субстрат для ДНК полимеразы а [7].

Химия фосфонатов нуклеозидов начиналась А. Бюргером; Д. Раммлер, А. Холи и Дж. Моффатт ввели новые важные схемы синтеза фосфонатов нуклеозидов.

Первая группа фосфонатов нуклеозидов (XVII) - аналоги природных нуклеозидов, содержащих остаток сахара и гетероциклическое основание. Вторая группа представлена РМЕА (XVIII) и РМРА (XIX) и может быть охарактеризована как содержащая алкилированные гетероциклические основания, остаток сахара при этом заменен на алкоксиалкильный остаток (схема 9).

Схема 9

НС

/р

СН СН XVII

XVIII R = Н

XIX R = Ме

Н

XX В = аденин-9-ил

С

С

С

2

С

в

Различные попытки получить противовирусные фосфонаты нуклеозидов привели к синтезу фуранозных, пиранозных и карбоциклических фосфонатов нуклеозидов, проявляющих в том числе противовирусную активность. Исключение составляли изостерические d4T и d4A аналоги и 3,4-дизамещенное тетрагидрофурановое производное цитозина. У этих соединений нет 4'-гидроксиметильного фрагмента, и фосфоноалкоксильный остаток соединен с пятичленным кольцом напрямую.

Наиболее активное соединение (XX) было превращено в дифосфат (XXI), чтобы изучить его взаимодействие с обратной транскриптазой и ДНК полимеразой а. Поэтому аминогруппа РМОТА (XX) была защищена диметиламинометиленовой группой, и свободная гидроксильная группа реагировала с пирофосфатом в присутствие CDI (DMF, диметилацеталь DMF, 12 ч, комнатная температура) (схема 10). Снятие защиты аммиаком дает дифосфат 24 [7].

Схема 10

0 0 XXI

1.2.4. Фосфорилирование 5'-гидроксильной группы

Синтез нуклеозид-5'-трифосфатов может осуществляться различными методами:

1) проведением реакций с использованием CDI-активированных нуклеозид-5'-монофосфатов (схемы 11-13);

2) нуклеофильной атакой фосфатной группы по активированному нуклеозид-5'-пирофосфату (схемы 14-15);

3) нуклеофильной атакой нуклеозид-5'-дифосфата по активированному фосфатному синтону (схемы 16-17) [8].

5'-Фосфоимидазолиды, полученные активацией нуклеозид-5'-монофосфатов CDI, были впервые предложены Хоардом и Оттом для синтеза трифосфатов из фосфатов дезоксинуклеозидов и олигомеров, имеющих такой 5'-концевой фрагмент (схема 11).

Схема 11

о

У

он

Сложности подобного метода возникали при попытке получить рибонуклеозид-5'-трифосфаты, поскольку CDI образует в качестве побочного продукта трифосфорилирования 2',3'-циклокарбонат, удаление которого возможно обработкой аммиаком (схема 12).

Схема 12

Координация ионов металлов с фосфоимидазолидами увеличивает их электрофильность. Так, реакционная способность нуклеозид фосфоимидазолида (XXII) в нейтральной водной среде была ускорена МпС12 и CdCl2. Замена неорганического пирофосфата на нуклеозид дифосфат увеличила выход динуклеозид-5'-трифосфата (XXIII) (схема 13) [8].

Схема 13

CdCl2, Н20 25°С

Некоторые нуклеозид-5'-трифосфаты получены методом, обратным ретросинтезу, представленному на схеме 14.

Схема 14

Ретросинтетический путь, указанный на схеме 14, является основой ранних работ Тодда с сотрудниками.

При правильной активации в-фосфатной группы (не а) с использованием CDI можно получить 2'-дезоксирибонуклеозид-5'-трифосфаты (схема 15).

Схема 15

Синтез у-метил-гуанозин-5'-трифосфата заключается во взаимодействии фосфоимидазолида (XXIV) с гуанозин-5'-дифосфатом в присутствии ионов металла (в виде соли 7пС12) (схема 16) [8].

Схема 16

о

он он

1.2.4.1. Синтез 5'-полифосфатов 2'-дезоксирибонуклеозидов

CDI был использован для получения тимидин 5'-дифосфо-Р-Ь-

рамнопиранозы в синтезе нуклеотид-сахаридных конъюгатов для

определения механизма действия гликозилтрансфераз, катализирующих

синтез олигосахаридов. Тимидин-5'-дифосфо-Р-Ь-рамнопираноза является

24

предшественником L-рамнозы, найденной в поверхностных антигенах клеток грамотрицательных бактерий и в виде лиганда различных антибиотических и противоопухолевых агентов, продуцируемых грамположительными видами [9].

Предложен синтез (XXV) в одном сосуде через реакцию имидазолида тимидин-5'-монофосфата с 1-фосфатом рамнозы (XXVI). Имидазолид тимидин-5'-монофосфата был получен реакцией триэтиламмониевой соли тимидин-5'-монофосфата (XXVII) с CDI (DMF или СН3СК, 1,5 ч, комнатная температура, атмосфера аргона) с последующим добавлением (XXVI) (схема 17).

Схема 17

о

он он

1.2.4.2. Синтез 5'-полифосфатов 2',3'-защищенных рибонуклеозидов

CDI был использован для синтеза диаденозин-5'-тетрафосфатных аналогов (схема 18), а также 8-азидо- и 8-амино-замещенных 2',5'-олигоаденилатов (схема 19) [10, 11].

N4,

о о

Р Р

но I о I о-о о

XXVIII

он он

NH,

оо

Ч но^о^о-N о- о-

оо

XXIX

о о

Р Р

н^ ^о^/ ^о—, о о

HN

XXX

оо

CDI

о

X

н1Ч N

н

оооо Р Р Р Р

о о о о

оо

о

л

н1Ч N

н

XXXI

оо

ч^

ч^

Синтез динуклеозид-5'-полифосфатов необходим для ингибирования

P2Yl2-рецепторов, отвечающих за формирование атеротромботических

явлений. Модифицированные липофильными заместителями в рибозном

26

N

N

N

N

N

N

N

о

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

кольце и нуклеиновом основании природные и синтетические динуклеозид-5'-полифосфаты и нуклеотиды увеличивают ингибиторную активность этих соединений для процесса агрегации тромбоцитов [10].

Для синтеза аденозиновых аналогов аденозиндифосфата (ХХУШ) реагирует с диметилацеталем фенилацетальдегида и превращается в ацеталь

(XXIX), который взаимодействует с фенилизоцианатом и образует мочевину

(XXX). Активация (XXX) CDI (DMF, КВи3, 10 ч, комнатная температура) вызывает самоконденсацию (XXX) до формирования (XXXI) (схема 19) [10].

Схема 19

о

но / ^о— о

он он

^о-

м' I о"

он он

XXXIII

но ' ^о— о

1. CDI

2. но(сн2)тон

т=2, 3

XXXII

оо \ / BPh

но^/ ^о-о

он о-

п= 2 - 5

Получена серия 8-азидо- и 8-амино-замещенных 2',5'-олигоаденилатов, синтезированных с применением полимеризации соответствующего 8-замещенного аденозин-5'-фосфоимидазолида, катализируемой ионом уранила. Последующее 5'-дефосфорилирование полученных 5'-фосфорил-2',5'-меченых олигомеров щелочной фосфатазой дает соответствующие

о

о

о

р

н

олигоаденилаты. Такие 8-замещенные олигомеры обладают повышенной устойчивость к гидролизу фосфодиэстеразой змеиного яда [11].

8-Азидоаденозин-5'-фосфоимидазолид был получен реакцией с CDI (DMF, Е^К Ос3К 1тН, 2 ч, комнатная температура), предварительно 2',3'-гидроксизащищенного взаимодействием с фенилборной кислотой производного 8-азидоаденозина (схема 19).

Фенилборный эфир 2',3'-диола (XXXII) деблокируется взаимодействием с этиленгликолем и 1,3-пропандиолом. Полимеризация 8-азидоаденозин-5'-фосфоимидазолида (XXXIII) осуществлялась с использованием катализа ионом уранила, при этом нет необходимости постановки и снятия защитных групп, так как реакция протекает с высокой 2',5'-региоселективностью. 2',5'-Связь полученных олигомеров устойчива против действия нуклеазы Р1 (схема 19).

1.2.4.3. Синтез 5'-полифосфатов метанокарбануклеозидов и 2'-дезоксиметанокарбануклеозидов

CDI использовался в синтезе ^)-2'-дезоксиметанокарбауридин дифосфата (схема 21), (S)-метанокарбауридин-3',5'-циклодифосфата и метанокарбауридин-5'-глюко-1'-трифосфата (схема 20) [12, 13]. Было изучено взаимодействие нуклеозидных аналогов с P2Y6-рецептором и показано, что «южная» S-конформация рибозы предпочтительнее для связывания лиганда с рецептором. 2'-Дезокси-^)-метанокарбауридин-5'-дифосфат является полным агонистом рецептора и в 10 раз белее эффективным, нежели 2'-дезоксиуридин- 5' -дифосфат.

Синтез ^)-2'-дезоксиметанокарбауридин-5'-дифосфата (XXXV) начинается с ^)-2'-дезоксиметанокарбауридина (XXXVI), полученного по методике, предложенной Маркесом с сотрудниками (схема 20).

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Белоусова Зоя Петровна, 2019 год

- н2о

со2 + N н

/=\

о

Водородные связи с атомами азота в имидазольных фрагментах вследствие сольватации молекулами воды приводят к перераспределению электронной плотности в этих фрагментах и дополнительной поляризации связи С=0. Это приводит к возрастанию положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы. Вследствие его атаки молекулой воды и переноса протона с одной из молекул воды на один из атомов азота в имидазольных фрагментах образуется тетраэдрический интермедиат. Второй имидазольный фрагмент отщепляется подобным образом. Кроме

н

н

н

н

н

н

н

+

н

соответствующих гетероциклов продуктами гидролиза NN-ацилбисазолов могут быть 1^-азол-1-карбо(тио)новые О-кислоты, но они не являются устойчивыми соединениями и самопроизвольно распадаются до исходных гетероциклов и газообразных продуктов - CO2 или COS.

Сульфонильные производные Im2SO2 (33), (BzIm)2SO2 (39), 1,2,4-Tri2SO2 (37) и (BzTri)2SO2 (40) в указанных условиях оказались устойчивыми, в то время как сульфинильные производные Im2SO (25), (1,2,4-Tri)2SO (29), (BzIm)2SO (31) и (BzTri)2SO (32) гидролизовались с очень большой скоростью.

Карбонильные производные N,N-ацилбисазолов проявили заметно более высокую реакционную способность, чем тиокарбонильные [39]. При сравнении полученных результатов обнаружили, что реакционная способность N,N -ацилбисазолов увеличивается при введении дополнительного атома азота в цикл и уменьшается при переходе к бициклической системе. Можно предположить, что при введении достаточно объемных бензольных фрагментов в молекулу N,N-ацилбисазола происходит увеличение угла их поворота вокруг N-С связи, что приводит к перераспределению электронной плотности. В случае производных угольной кислоты эти различия менее значительны, чем для азолидов уксусной кислоты, и константы скорости гидролиза и метанолиза для производных имидазола и бензотриазола сравнимы, а для производного 1,2,4-триазола они выше приблизительно в 2 раза. Заметно меньшая реакционная способность наблюдается для производных бензимидазола.

Таким образом, по способности подвергаться нуклеофильной атаке исследованные соединения можно разбить на 4 группы. К высокоактивным азолидам, кроме сульфинильных производных (25-32), относятся карбонильные (9-16), к малоактивным - бензимидазольные и бензотриазольные (15, 16), а также все синтезированные тиокарбонильные

производные (17-24). Все сульфонильные производные (33-40) относятся к неактивным АА-ацилбисазолам.

2.1.2 Квантово-химические расчеты физико-химических параметров

А,А'-ацилбисазолов

Для объяснения полученных результатов гидролитической устойчивости АА'-ацилбисазолов были выполнены расчеты конформаций их молекул в базисном наборе HF/6-31G* с полной оптимизацией исследуемых структур in vacuo, позволившие выявить как минимум три фактора, влияющие на их активность. Квантово-химические вычисления проведены в рамках пакета программ Gaussian 98 [18] в Вычислительном Центре Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН) при участии Т.С. Пивиной и с использованием пакета программ Spartan'10 Evaluation [19]. Молекулы исследованных А,А'-ацилбисазолов различаются геометрическим строением ацильного фрагмента, которое в значительной мере определяет реакционную способность А,Аг'-ацилбисазолов в реакциях активации и конденсации. Ацильные фрагменты у молекул А,Аг'-карбонил-бисазолов (9-16) и А,А'-тиокарбонилбисазолов (17-24) имеют плоское тригональное строение, у молекул А,Аг'-сульфинилбисазолов (25-32) -тригонально-пирамидальное, у молекул А,Аг'-сульфонилбисазолов (33-40) -тетраэдрическое.

9-16 17-24 25-32 33-40

Вследствие различной пространственной ориентации азольных фрагментов относительно ацильной группы возможно образование син- и анти-конформеров ^^-ацилбисазолов. На рис. 1-4 представлены модели молекул ^^-ацилбисимидазолов.

Рис. 1. Ориентация имидазольных фрагментов для анти- и син-конформеров молекулы А,А*-карбонилбисимидазола (9)

Рис. 2. Ориентация имидазольных фрагментов для анти- и син-конформеров молекулы А^-тиокарбонилбисимидазола (17)

Рис. 3. Ориентация имидазольных фрагментов для анти- и син-конформеров молекулы А^-сульфинилбисимидазола (25)

Рис. 4. Ориентация имидазольных фрагментов для анти- и син-конформеров молекулы А^-сульфонилбисимидазола (33)

Расчеты относительных энергий для син- и анти-конформеров А,А'-ацилбисазолов показывают, что различия между энергиями анти- и син-конформеров соответствующих молекул (0.04-35.65 кДж/моль) определяются рядом факторов: стерическими препятствиями между азольными фрагментами и ацильной группой, электростатическими взаимодействиями между атомами соседних азольных фрагментов и ацильной группой, наличием экзоциклических заместителей в азольных фрагментах. Наибольшие различия в энергиях конформеров наблюдаются для (1,2,4-Тп)2С0 и (3-Ы02-1,2,4-Тп)2Б0 вследствие наличия в 1,2,4-триазольных фрагментах атома азота N2, а наименьшие - для (3-Ы02-1,2,4-Тп)2СБ и (4-Ы021т)2СБ вследствие влияния N02-групп на ослабление стерических взаимодействий азольных фрагментов в тиокарбонильных производных А,А'-ацилбисазолов.

Молекулы А,А'-ацилбисазолов имеют различные значения величин и разностей положительных и отрицательных зарядов в ацильном фрагменте, чем они больше, тем выше должна быть реакционная способность соответствующих соединений при взаимодействии с нуклеофильными реагентами. Однако она сильно зависит от ряда факторов:

1) природы заместителей в азольных фрагментах -электроноакцепторные заместители должны приводить к возрастанию реакционной способности соответствующего А,А'-ацилбисазола;

2) типа и относительной энергии конформера - для этих соединений молекулы син-конформеров в основном энергетически устойчивее, чем анти-конформеры;

3) величины дипольных моментов для соответствующих конформеров - конформер с большим дипольным моментом должен обладать большей реакционной способностью, при условии, что разность энергий конформеров не превышает 3.5 кДж/моль - энергии теплового движения молекул при 298°К;

4) в случае значительной разницы энергий конформеров реагирует в

68

первую очередь конформер с меньшим значением энергии, а не с большим дипольным моментом;

5) взаимной ориентации азольных фрагментов относительно карбонильного фрагмента (торсионные углы) - чем меньше отклонение от плоскости, тем выше доступность карбонильной группы в реакциях активации и конденсации с участием соответствующих соединений.

Последние два фактора, по всей вероятности, играют основную роль. Исходя из этого, можно составить возможные ряды убывания реакционной способности у исследованных групп соединений с соответствующими ацильными заместителями.

Для молекул Лг,Лг'-карбонилбисазолов (9-16) с учетом влияния этих факторов:

(3-Ш2-1,2,4-Тп)2СО (анти) > (1,2,4-Тп)2СО (анти) > (4-Ш21т)2СО (син) > (4-Ме1т)2СО (син) > 1т2СО (син) > (4-Вг1т)2СО (син) > ^Тп)2СО (син) > (Вг1т)2Ш (анти)

Вследствие плоского тригонального строения ацильной группы у молекул Лг,Лг'-карбонилбисазолов наблюдаются следующие типы внутримолекулярных взаимодействий:

1) для анти-конформеров Аг,Лг'-карбонилбисазолов - стерическое отталкивание атомов Н2 и Н5' азольных фрагментов, электростатическое притяжение атомов Н5 и Н2' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы;

2) для син-конформеров АД'-карбонилбисазолов - стерическое отталкивание атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н2 и Н2' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы;

3) для анти-конформеров (1,2,4-Тп)2СО и (3-ЫО2-1,2,4-Тп)2С0 притяжение атома Н5 (Н5') к атому кислорода карбонильной группы;

4) для син-конформеров (1,2,4-Тп)2СО и (3-Ш2-1,2,4-Тп)2СО -зарядовое и стерическое отталкивание атомов N2 и N2' азольных фрагментов

от кислорода карбонильной группы, взаимное стерическое отталкивание

69

атомов Н5 и И5' азольных фрагментов;

5) для анти-конформера (В21т)2С0 - стерическое отталкивание атомов Н2 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и Н2' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы;

6) для син-конформера (В21т)2С0 - стерическое отталкивание атомов Н2 и Н2' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы;

7) для анти-конформера (В2Тп)2С0 - стерическое отталкивание атомов N2 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и N2' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы;

8) для син-конформера (В2Тп)2С0 - стерическое и зарядовое отталкивание атомов N2 и N2' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атому кислорода карбонильной группы.

У исследованных молекул для анти-конформеров величина дипольного момента всегда ниже, чем для соответствующего син-конформера, за исключением (1,2,4-Тп)2С0, (3-Ы02-1,2,4-Тп)2С0, (В21т)2С0, (В2Тп)2С0. Это может быть связано с влиянием как дополнительного эндоциклического атома азота N2, так и конденсированного бензольного цикла. Учитывая присутствие в некоторых молекулах А,А'-карбонилбисазолов электронодонорных и

электроноакцепторных заместителей, в том числе и создаваемый ими стерический фактор, представленный выше ряд убывания их реакционной способности выглядит именно таким образом.

Молекулы А,А'-тиокарбонилбисазолов (17-24) имеют меньшие

величины и разности в значениях положительных и отрицательных зарядов в

ацильном фрагменте, поэтому они должны быть менее

реакционноспособными, чем А,А'-карбонилбисазолы. Для А,А'-

тиокарбонилбисазолов наблюдаются различия в устойчивости

соответствующих конформеров: для 1т2СБ, (4-Вг1т)2СБ, 1,2,4-Тп2СБ

устойчивее син-конформеры, а для (3-Ы02-1,2,4-Тп)2С8, (В21т)2СБ и

70

(BzTri)2CS - анти-конформеры. Это связано как с меньшей полярностью C=S-связи по сравнению с С=0-связью, так и со стерическим влиянием конденсированного бензольного цикла.

Реакционная способность (17-24) также будет зависеть от ряда аналогичных факторов, как и в случае (9-16). Исходя из этого, можно составить следующий возможный ряд убывания реакционной способности у исследованной группы соединений:

(3-Ш2-1,2,4-Тп^ (син) > (1,2,4-Тп^ (анти) > (4-NO2Im)2CS (син) > (4-MeIm)2CS (син) > (син) > (4-BrIm)2CS (анти) >

(BzTri)2CS (анти) > (BzIm)2CS (анти)

В конформерах молекул АД'-тиокарбонилбисазолов (17-24) наблюдаются следующие внутримолекулярные взаимодействия:

1) стерическое отталкивание атомов Н2 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н5 и Н2' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - Im2CS (анти), (4-CH3Im)2CS (анти), (4-NO2Im)2CS (анти), (4-Вг1т)^ (анти);

2) отталкивание атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н2 и Н2' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (син), (4-СН31т)^ (син), (4-NO2Im)2CS (син), (4-Вг1т)^ (син);

3) притяжение атома N2 к атому Н5' азольного фрагмента, притяжение атома Н5 к атому серы тиокарбонильной группы - (l,2,4-Tri)2CS (анти), (3-Ш2-1,2,4-Тп^ (анти);

4) зарядовое и стерическое отталкивание атомов N2 и N2' азольных фрагментов, притяжение атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (l,2,4-Tri)2CS (син), (3-NO2-l,2,4-Tri)2CS (син);

5) стерическое отталкивание атомов Н2 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и Н2' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (BzIm)2CS (анти);

6) стерическое отталкивание атомов Н2 и Н2' азольных фрагментов,

71

притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (BzIm)2CS (син);

7) стерическое отталкивание атомов N2 и Н5' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и N2' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (BzTri)2CS (анти);

8) стерическое и зарядовое отталкивание атомов N2 и N2' азольных фрагментов, притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атому серы тиокарбонильной группы - (BzTri)2CS (син).

У исследованных молекул только для Im2CS дипольный момент анти-конформера меньше, чем у син-, у остальных А,А'-тиокарбонилбисазолов картина обратная. Это связано как с малой полярностью тиокарбонильной группы, так и с влиянием электроноакцепторных заместителей в положении 4 азола или конденсированного бензольного цикла.

Молекулы А,А'-сульфинилбисазолов (25-32) имеют большую разность в значениях положительных и отрицательных зарядов в ацильном фрагменте вследствие их пирамидального строения они должны быть более реакционноспособными, чем А,А'-карбонилбисазолы (9-16), так как при этом возрастает значение дипольного момента молекул. Реакционная способность (25-32) также будет зависеть от того же ряда ранее рассмотренных факторов. Исходя из этого, можно составить следующий возможный ряд убывания реакционной способности у исследованной группы соединений: (3-Ш2-1,2,4-Тп^О (син) > (1,2,4-Тп^О (анти) > (4-Ш2-1т)^0 (син) > 1т^О (син) > (4-Ме1т)^0 (син) > (4-Вг1т)^0 (син) > ^Тп)^0 (син) > (ВгГт)^О (син)

В конформерах молекул А,А'-сульфинилбисазолов (25-32) наблюдаются следующие внутримолекулярные взаимодействия:

1) притяжение атомов Н2 и Н5' азольных фрагментов к атому кислорода сульфинильной группы - 1т^О (анти), (4-Вг1т)^0 (анти), (4-Ме1т)^0 (анти), (4-Ш21т)^0 (анти);

2) притяжение атома Н5' и отталкивание атома N2 азольных

72

фрагментов относительно атома кислорода сульфинильной группы - (1,2,4-(анти), (3-NO2-l,2,4-Tri)2SO (анти);

3) притяжение атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов к атому кислорода сульфинильной группы -(1,2,4-^)^0 (син), (4-Ы02-1т)^0 (син), (3-N02-l,2,4-Tri)2S0 (син).

Для большинства син- и анти-конформеров молекул (25-32), кроме (1,2,4-^)^0 (анти), ^1т)^0 (син), (BzTri)2S0 (анти) и (син)

наблюдаются очень близкие или одинаковые абсолютные значения указанных в табл. 4 торсионных углов внутри одной молекулы. Различие состоит в том, что для анти-конформеров молекул торсионные углы имеют один знак, а для син-конформеров знаки противоположны. Торсионные углы для анти-конформеров (1,2,4-^)^0 и (3-N02-l,2,4-Tri)2S0 имеют разные абсолютные значения, что связано с соответствующими внутримолекулярными взаимодействиями, как описано выше.

У исследованных молекул (25-32) для анти-конформеров величина дипольного момента в основном ниже, чем для соответствующих син-конформеров, что связано с изменением вклада компонент дипольного момента для азольных фрагментов при их различной ориентации.

Молекулы А^У'-сульфонилбисазолов (33-40) имеют наибольшие величины и разности в значениях положительных и отрицательных зарядов в ацильном фрагменте, но вследствие их симметричного строения они должны быть наименее реакционноспособными, чем остальные У,У-ацилбисазолы. Реакционная способность (33-40) также будет зависеть от ряда тех же ранее названных факторов. Исходя из этого, можно составить следующий возможный ряд убывания реакционной способности у исследованной группы соединений:

^-N02-1,2,4-^^02 (син) > (1,2,4-^^02 (син) > (4-Ш21т)^02 (син) > 1т^02 (син) > (4-Ме1т)^02 (анти) > (4-ВНт)^02 (син) > (BzTri)2S02 (син) > ^1т)^02 (син)

В конформерах молекул А,А'-сульфонилбисазолов наблюдаются следующие внутримолекулярные взаимодействия:

1) притяжение атомов Н2, Н5' и Н5, Н2' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - 1т^02 (анти), (4-Ме1т)^02 (анти), (4-Ы021т)^02 (анти), (4-BrIm)2S02 (анти);

2) притяжение атомов Н2, Н2' и Н5, Н5' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - 1т^02 (син), (4-Ме1т)^02 (син), (4-N02Im)2S02 (син), (4-Вг1т^02 (син);

3) притяжение атомов Н(Ме) и Н2, Н5' и Н5, Н(Ме)' и Н2' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (4-Ме1т)^02 (анти);

4) притяжение атомов Н(Ме) и Н2, Н(Ме)' и Н2' и Н5, Н5' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (4-Ме1т)^02 (син);

5) притяжение атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (1,2,4-Тп)^02 (анти), (3-Ы02-1,2,4-Тп)^02 (анти);

6) притяжение атомов Н5 и Н5' азольных фрагментов к атому 01 сульфонильной группы - (1,2,4-Тп)^02 (син), (3-Ы02-1,2,4-Тп)^02 (син);

7) притяжение атомов Н2, Н7' и Н7, Н2' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (BzIm)2S02 (анти);

8) притяжение атомов Н2, Н2' и Н7, Н7' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (BzIm)2S02 (син);

9) притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атомам 01 и 02 сульфонильной группы - (1-BzTri)2S02 (анти);

10) притяжение атомов Н7 и Н7' азольных фрагментов к атому 01 сульфонильной группы - (BzTri)2S02 (син).

Для (1,2,4-Тп^02, (3-Ш2-1,2,4-Тп^02 и ^Тп^02 отрицательно

заряженные атомы азота в положениях N2 и N2' в гетероциклах

отталкиваются от атомов кислорода 01 и О2 сульфонильной группы, что

приводит к повышенной разности энергий син- и анти-конформеров у

соответствующих соединений. В случае 1т^02 положительно заряженные

атомы водорода Н2 и Н2' гетероцикла притягиваются к одному из

74

отрицательно заряженных атомов кислорода сульфонильной группы, что приводит к уменьшению разности между энергиями син- и анти-конформеров.

Для большинства син- и анти-конформеров молекул N,N'-ацилбисазолов наблюдаются очень близкие или одинаковые абсолютные значения торсионных углов внутри одной молекулы, что связано со взаимодействиями однотипных атомов между фрагментами соответствующей молекулы. У исследованных молекул NN'-ацилбисазолов для всех конформеров величина дипольного момента зависит не только от ориентации азольных фрагментов, но и также от места нахождения и характера действия (электроноакцепторного или электронодонорного) эндоциклических и экзоциклических заместителей в азольных фрагментах. Например, у (BzTri)2SO2 наблюдается почти четырехкратное увеличение дипольного момента для син-конформера, что связано с наличием трех атомов азота, непосредственно связанных друг с другом в гетероциклических фрагментах. Введение бензольного цикла на примере (BzIm)2SO2 и (BzTri)2SO2 приводит к возрастанию соответствующих дипольных моментов для син- и анти-конформаций у этих молекул. Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4

Некоторые физико-химические параметры наиболее устойчивых конформаций N,N-ацилбисазолов (9-40), рассчитанные в программах Gaussian 98 (базисный набор HF/6-31G*, незамещенные структуры) и Spartan'10 (базисный набор HF/6-31G*, замещенные структуры)

Вещество, (конформация молекулы) Е, а.е., Еотн, кДж/моль Ц, Д Торсионные углы, град C2(N2)-N1-C(S)-N1' (C2'(N2')-N1'-C(S)-N1) Заряды на атомах, дол. эл.

Im2CO (анти) -561.21534 (0.92) 1.56 -30.2 (159.7) N1=-0.739 N1--0.739 0=-0.539 C=1.051

Im2CO (сип) -561.21569 (0) 2.58 160.6 (160.6) N1=-0.740 N1--0.740 0=-0.543 C=1.053

(4-MeIm)2CO (апти) -639.30020 (142) 1.78 160.2 (-30.1) N1=-0.746 N1--0.745 0=-0.547 C=1.053

(4-MeIm)2CO (сип) -639.30074 (0) 3.04 161.3 (161.3) N1=-0.746 N1'=-0.746 0=-0.553 C=1.055

(4-NO2-Im)2CO (апти) -968.13755 (0.63) 3.42 159.1 (-30.6) N1=-0.767 N1'=-0.767 0=-0.504 C=1.073

(4-NO2-Im)2CO (сип) -968.13778 (0) 5.06 159.9 (159.9) N1=-0.766 N1'=-0.766 0=-0.509 C=1.072

(4-BrIm)2CO (апти) -5704.24281 (3.43) 0.05 0.0 (0.0) N1=-0.790 N1'=-0.795 0=-0.552 C=1.128

(4-BrIm)2CO (сип) -5704.24411 (0) 0.55 180.0 (180.0) N1=-0.793 N1'=-0.793 0=-0.559 C=1.128

(1,2,4-Tri)2CO (апти) -593.19044 (0) 2.10 0.0 (0.0) N1=-0.565 N1'=-0.626 0=-0.514 C=1.122

(1,2,4-Tri)2CO (сип) -593.18819 (5.90) 0.14 180.0 (180.0) N1=-0.594 N1'=-0.594 0=-0.566 C=1.136

(3-NO2-1,2,4-Tri)2CO (апти) -1000.08624 (0) 7.59 25.9 (25.9) N1=-0.558 N1'=-0.558 0=-0.506 C=1.097

(3-NO2-1,2,4-Tri)2CO (сип) -1000.07296 (34.85) 3.05 -153.5 (-153.5) N1=-0.567 N1'=-0.567 0=-0.413 C=1.067

(BzIm)2CO (анти) -866.53753 (2О1) 1.83 31.О (-152.3) Ш=-О.859 Ш--О.863 0=-О.546 С=1.О43

(BzIm)2CO (син) -866.5383О (О) О.97 33.8 (33.8) Ш=-О.867 Ш--О.867 0=-О.549 С=1.О6О

(BzTri)2CO (анти) -898.42281 (13.43) 5.25 22.1 (-15О.1) Ш=-О.711 N1'=-0.726 0=-О.512 С=1.О77

(BzTri)2CO (син) -898.42792 (О) 3.63 27.2 (27.2) N1=-0.716 Ш--О.716 0=-О.557 С=1.О95

Im2CS (анти) -883.83531 (О.5О) 1.87 -154.5 (33.9) N1=-0.669 N1'=-0.669 S=-0.150 С=О.457

Im2CS (син) -883.8355О (О) 2.68 -155.6 (-155.7) N1=-0.667 N1'=-0.667 S=-0.151 С=О.454

(4-MeIm)2CS (анти) -961.92О21 (2.22) О.14 -35.5 (-35.4) N1=-0.677 N1'=-0.677 S=-0.165 С=О.465

(4-MeIm)2CS (син) -961.921О6 (О) 3.38 156.5 (156.5) N1=-0.673 N1'=-0.673 S=-0.172 С=О.458

(4-NO2lm)2CS (анти) -129О.75647 (О.29) 2.12 -36.7 (-36.7) N1=-0.691 N1'=-0.691 S=-0.045 С=О.437

(4-NO2lm)2CS (син) -129О.75658 (О) 5.76 153.8 (153.8) Ш=-О.686 N1'=-0.686 S=-0.052 С=О.433

(4-BrIm)2CS (анти) -6О22.438О9 (138) О.76 153.9 (-34.2) N1=-0.675 Ш--О.676 S=-0.114 С=О.449

(4-BrIm)2CS (сип) -6О22.43861 (О) О.О7 155.4 (155.4) Ш=-О.674 N1--Ü.674 S=-Ü.119 С=О.447

(1,2,4-Tri)2CS (апти) -915.8О665 (7.41) 2.26 О.О (18О.О) Ш=-О.496 N1--Ü.538 s=-ü.113 С=О.513

(1,2,4-Tri)2CS (сип) -915.8О948 (О) О.16 -31.1 (-31.1) N1=-Ü.48Ü N1'=-Ü.48Ü S=-Ü. 137 C=Ü.468

(3-NO2-1,2,4-Tri)2CS (апти) -1322.7О636 (О) 7.95 33.2 (33.2) N1=-Ü.47Ü N1'=-Ü.47Ü S=-Ü.Ü35 C=Ü.447

(3-NO2-1,2,4-Tri)2CS (сип) -1322.69578 (О.О4) 1.О5 -148.6 (-148.6) N1=-Ü.48Ü N1'=-Ü.48Ü S=Ü.1Ü5 C=Ü.4ÜÜ

(BzIm)2CS (апти) -1189.15578 (О) 2.4О 149.1 (-36.4) N1=-Ü.787 N1'=-Ü.789 S=-Ü.157 C=Ü.444

(BzIm)2CS (сип) -1189.154О9 (4.44) О.48 39.7 (39.7) N1=-Ü.799 N1'=-Ü.799 S=-Ü.156 C=Ü.454

(BzTri)2CS (апти) -1221.О41О1 (1О.17) 6.О6 31.4 (-147.4) N1=-Ü.647 N1--Ü.632 S=-Ü.Ü92 C=Ü.453

(BzTri)2CS (сип) -1221.О4488 (О) 2.37 34.2 (34.2) N1=-Ü.643 N1'=-Ü.643 S=-Ü.161 C=Ü.479

Im2SO (апти) -92О.75657 (О) 2.12 11О.6 (116.9) N1=-Ü.769 N1'=-Ü.757 O=-Ü.716 S=1.327

Im2SO (сип) -92О.75583 (192) 4.48 88.6 (-88.6) N1=-Ü.76Ü N1--Ü.76Ü O=-Ü.73Ü S=1.343

(4-MeIm)2S0 (анти) -998.84114 (0) 2.19 110.6 (117.3) N1=-0.774 N1--0.761 0=-0.720 S=1.323

(4-MeIm)2S0 (син) -998.84042 (188) 4.41 -88.6 (88.6) N1=-0.769 N1--0.769 0=-0.721 S=1.360

(4-N02lm)2S0 (анти) -1327.68073 (105) 6.72 104.8 (101.1) N1=-0.783 N1'=-0.789 0=-0.699 S=1.377

(4-N02lm)2S0 (син) -1327.68033 (0) 7.77 94.5 (-94.5) N1=-0.783 N1'=-0.783 0=-0.698 S=1.375

(4-BrIm)2S0 (анти) -6059.36033 (0) 3.01 113.1 (117.7) N1=-0.778 N1'=-0.766 0=-0.706 S=1.343

(4-BrIm)2S0 (син) -6059.35977 (146) 3.68 -90.3 (90.3) N1=-0.765 N1'=-0.765 0=-0.735 S=1.340

(1,2,4-Tri)2S0 (анти) -952.73271 (130) 1.98 59.7 (79.1) N1=-0.578 N1'=-0.572 0=-0.693 S=1.356

(1,2,4-Tri)2S0 (син) -952.73321 (0) 0.11 -86.1 (86.2) N1=-0.583 N1--0.583 0=-0.734 S=1.414

(3-N02-1,2,4-Tri)2S0 (анти) -1359.63067 (0) 7.40 85.9 (-85.9) N1=-0.583 N1'=-0.583 0=-0.708 S=1.452

(3-N02-1,2,4-Tri)2S0 (син) -1359.61710 (35.65) 10.51 72.3 (-72.3) N1=-0.577 N1'=-0.577 0=-0.620 S=1.346

(BzIm)2S0 (анти) -1226.07960 (0.46) 1.98 117.1 (115.7) N1=-0.895 N1'=-0.915 0=-0.727 S=1.345

(BzIm)2SO (сип) -1226.Ü7977 (О) 4.1Ü 63.Ü (-121.9) N1=-Ü.894 N1--Ü.915 O=-Ü.72Ü S=1.342

(BzTri)2SO (апти) -1257.96751 (О) 2.18 68.6 (92.9) N1=-Ü.735 N1--Ü.725 O=-Ü.7Ü4 S=1.379

(BzTri)2SO (сип) -1257.957Ü5 (27.45) 8.43 97.2 (-5Ü.9) N1=-Ü.741 N1'=-Ü.738 O=-Ü.65Ü S=1.314

Im2SO2 (апти) -995.6Ü891 (О) 1.36 -92.1 (-92.1) N1=-Ü.769 N1'=-Ü.769 O1=-Ü.637 O2=-Ü.637 S=1.793

Im2SO2 (сип) -995.6Ü867 (Ü.63) 2.62 -88.9 (89.Ü) N1=-Ü.769 N1'=-Ü.769 O1=-Ü.641 O2=-Ü.633 S=1.793

(4-MeIm)2SO2 (апти) -1Ü73.69432 (О) 2.Ü4 -92.2 (-92.2) N1=-Ü.772 N1'=-Ü.772 O1=-Ü.642 O2=-Ü.642 S=1.793

(4-MeIm)2SO2 (сип) -1Ü73.69423 (Ü.25) 3.Ü3 -89.1 (89.1) N1=-Ü.772 N1'=-Ü.772 O1=-Ü.637 O2=-Ü.647 S=1.792

(4-NO2Im)2SO2 (апти) -14Ü2.52797 (О) 4.21 93.6 (-84.3) N1=-Ü.795 N1'=-Ü.795 O1=-Ü.617 O2=-Ü.617 S=1.824

(4-NO2Im)2SO2 (сип) -14Ü2.52783 (Ü.38) 4.88 9Ü.8 (-9Ü.8) N1=-Ü.795 N1'=-Ü.795 O1=-Ü.613 O2=-Ü.621 S=1.823

(4-BrIm)2SO2 (апти) -6138.64158 (О) Ü.59 -93.3 (-93.3) N1=-Ü.776 N1'=-Ü.776 O1=-Ü.629 O2=-Ü.629 S=1.8Ü4

8Ü

(4-BrIm)2S02 (сип) -6138.64141 (0.46) 0.88 90.0 (-90.0) N1=-0.775 N1'=-0.775 01=-0.624 02=-0.634 S=1.803

(1,2,4-Tri)2S02 (апти) -1027.57994 (0) 1.54 108.3 (108.3) N1=-0.596 N1'=-0.596 01=-0.610 02=-0.610 S=1.808

(1,2,4-Tri)2S02 (сип) -1027.57417 (15.15) 2.58 -102.4 (102.5) N1=-0.597 N1'=-0.597 01=-0.652 02=-0.561 S=1.801

(3-N02-1,2,4-Tri)2S02 (апти) -1434.47304 (0) 4.66 -66.2 (-66.2) N1=-0.596 N1'=-0.596 01=-0.589 02=-0.589 S=1.832

(3-N02-1,2,4-Tri)2S02 (сип) -1434.46606 (18.33) 7.69 76.4 (-76.8) N1=-0.597 N1'=-0.597 01=-0.632 02=-0.538 S=1.824

(BzIm)2S02 (апти) -1300.93266 (0) 2.10 92.9 (92.9) N1=-0.903 N1'=-0.903 01=-0.649 02=-0.649 S=1.826

(BzIm)2S02 (сип) -1300.93077 (4.98) 3.23 83.5 (-83.5) N1=-0.899 N1'=-0.899 01=-0.641 02=-0.655 S=1.815

(1-BzTri)2S02 (апти) -1332.81481 (0) 2.18 71.5 (71.5) N1=-0.744 N1'=-0.744 01=-0.621 02=-0.621 S=1.840

(1-BzTri)2S02 (сип) -1332.80994 (12.80) 8.10 77.7 (-77.2) N1=-0.747 N1'=-0.747 01=-0.657 02=-0.575 S=1.831

Однако на реакционную способность А,А'-ацилбисазолов влияет не только величина положительного заряда на атоме углерода или серы в ацильной группе. Не менее важный фактор, определяющий поведение этих соединений, - величина дипольного момента. Соединения с высоким дипольным моментом легче образуют комплекс с белком-рецептором, устойчивость которого усиливает их биологическую активность. Кроме перечисленных факторов на реакционную способность А,А'-ацилбисазолов влияет взаимная ориентация азольных фрагментов относительно остова ацильной группы, выраженная через соответствующие торсионные углы (C2(N2)-N1-C(S)-N1 ' и C2'(N2')-N1-C(S)-N1) (табл. 4). Например, в случае карбонильного или тиокарбонильного фрагмента - чем меньше отклонение от плоскости, тем выше доступность карбонильной группы в реакциях активации и конденсации с участием соответствующих соединений. Также на реакционную способность А,А'-ацилбисазола должно влиять наличие заместителей в азольных фрагментах. Электроноакцепторные заместители повышают реакционную способность соответствующего N,N'-ацилбисазола, а электронодонорные ее понижают.

Расчеты, проведенные с использованием программы Spartan'10 Evaluation, позволили рассчитать физико-химические параметры N,N'-ацилбисазолов, имеющих экзоциклические электронодонорные или электроноакцепторные заместители в азольных фрагментах (табл. 4).

Конформеры этих соединений сильно различаются величиной дипольного момента, что, естественно, может изменить их реакционную способность. Вероятно, вклад дипольного момента в суммарную реакционную способность молекул выше для конформеров с большим дипольным моментом, так как они будут лучше сольватироваться молекулами протонных растворителей, одновременно играющих роль нуклеофилов в соответствующих реакциях.

Таким образом, на реакционную способность А,А'-ацилбисазолов

кроме величины положительного заряда на атоме углерода или серы С=О,

82

С=S, S=O и SO2 групп, стерического фактора в виде дополнительного бензольного кольца и функциональных групп в азольном фрагменте влияет величина дипольного момента и планарность молекул.

Молекулы АА'-сульфинилбисазолов имеют большую разность в значениях положительных и отрицательных зарядов в ацильном фрагменте и имеют большие значения дипольных моментов и являются более реакционноспособными, чем АА'-карбонилбисазолы.

Максимальные величины липофильности Р) для производных бензимидазола (1.45-3.65) и бензотриазола (1.11-2.66), рассчитанные с использованием программы ALOGPS 2.1, подтверждают устойчивость этих соединений по сравнению с производными имидазола (-0.33-1.41) и 1,2,4-триазола (-1.26-0.10).

Таким образом, сульфинильные, карбонильные и некоторые тиокарбонильные производные А,А'-ацилбисазолов могут быть использованы в качестве активирующих агентов.

2.1.3. Синтез нуклеозид-5'- фосфоазолидов

Метод синтеза азолидов нуклеозид-5'-фосфатов, описанный впервые в работах Штааба [32], получил название «имидазолидного», потому что для активации фосфатной группы нуклеотидов он предложил использовать ЫЫ'-карбонилбисимидазол (9). Полученные нуклеозид-5'-фосфоимидазолиды без выделения из реакционной смеси были использованы в синтезе многих природных соединений.

Задача исследования на данном этапе - изучение возможности применения других представителей ДЫ'-ацилбисазолов в синтезе нуклеозид-5'-фосфоазолидов с целью получения природных соединений и их аналогов.

Квантово-химические расчеты показали, какие физико-химические параметры Ы,Ы'-ацилбисазолов могут быть основными при выборе их в качестве активирующего реагента. Изменение нескольких параметров одновременно (структуры ацильной группы, наличия заместителя и количества атомов азота в гетероцикле) не позволит ответить на вопрос: существуют ли закономерности изменения реакционной способности ЫЫ'-ацилбисазолов от структуры, какие из них являются определяющими? Такие же проблемы появляются и при изучении их биологической активности. Поэтому было проведено поэтапное использование этих соединений в пределах выбранных групп Ы,Ы'-ацилбисазолов, различающихся одним (максимум двумя) выбранными параметрами.

Высокореакционноспособный 1т^О (25) позволяет в течение нескольких минут осуществить превращение нуклеотида в нуклеозид-5'-фосфоазолид [51]. Однако, тот же недостаток - неустойчивость -ограничивает его применение. Как следует из кинетических исследований, Ы,Ы'-карбонилбисазолы наиболее подходят для этой цели, хотя некоторые Ы,Ы'-тиокарбонилбисазолы являются наиболее более устойчивыми и сохраняют достаточно высокую реакционную способность. ЫЫ'-

сульфонилбисазолы, из-за инертности в эксперименте по изучению их в качестве активирующих агентов, не использовали.

Ранее систематические исследования по изучению реакционной N,N'-ацилбисазолов на примере активации 5'-фосфатной группы нуклеотидов не проводились. Проведенные ранее расчеты показали, что введение заместителей в азольные фрагменты мало влияет на заряд атома углерода или серы в ацильной группе, но сильно увеличивает дипольные моменты молекул. Поэтому в качестве активирующих агентов фосфатной группы нуклеотидов также были использованы замещенные ^^-ацилбисазолы. Реакцию проводили при 0 оС, используя в качестве растворителя ДМФА, согласно представленной схеме 8:

Схема 8

о

он он

нЙ2х не' о-

он он 41-72

N ^О

N

N

ОТ

МН2

N

ига

Cyt

Gua

Ade

41 В = Ade, Het = 1т; 42 В = Ade, Het = 1,2,4-Тп; 43 В = Ade, ^ = BzIm; 44 В = Ade, Het = BzTri; 45 В = ига , ^ = 1т; 46 В = ига , ^ = 1,2,4-Тп; 47 В = ига, ^ = BzIm; 48 В = ига, Het = BzTri; 49 В = Су^ Het = 1т; 50 В = Су^ ^ = 1,2,4-Tri; 51 В = Су^ Het = BzIm; 52 В = Cyt, ^ = BzTri; 53 В = Gua, Het = 1т; 54 В = Gua, Het = 1,2,4-Тп; 55 В = Gua, Het = BzIm; 56 В = Gua, Het = BzTri; 57 В = Ade, ^ = 4-CHзIm; 58 В = Ade, Het = 4-Ш21т; 59 В = Ade, Het = 4-Вг1т; 60 В = Ade, Het = 3-NO2-1,2,4-Tri; 61 В = ига , ^ = 4-СЩт; 62 В = ига, ^ = 4-NO2Im; 63 В = ига, ^ = 4-Вг1т; 64 В = ига, ^ = 3-NO2-1,2,4-Tri; 65 В = Су;, Het = 4-CHзIm; 66 В = Cyt, Het = 4-^21т; 67 В = Су^ Het = 4-Вг1т; 68 В = Су^ Het =

3-Ш2-1,2,4-ТП; 69 В = Gua, ^ = 4-CHзIm; 70 В = Gua, 4-NO2Im; 71 В = Gua, Het =

4-Вг1т; 72 В = Gua, Het = 3-NO2-1,2,4-Tri.

о

о

O

O

N

В

N

N

O

N

N

Изучение данной реакции было проведено первоначально на примере незамещенных Ы,Ы'-карбонилбисазолов, включив в исследования 1т2СО (9). Механизм образования нуклеозид-5'-фосфоазолидов на примере взаимодействия нуклеозид-5'-фосфата и Ы,Ы'-карбонилбисимидазола (9) можно представить следующим образом (схема 9):

Схема 9

он он

Время, необходимое для полного превращения

бис(триэтиламмониевой) соли нуклеозид-5'-фосфата в нуклеозид-5'-фосфоазолид, выход, хроматографические и электрофоретические свойства нуклеозид-5'-фосфоазолидов приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Синтез нуклеозид-5'-фосфоазолидов из нуклеозид-5'-фосфатов

и АЫ-карбонилбисазолов (9, 13, 15, 16)

Нуклеотид Активирующий реагент Время реакции, ч Выход азолида, % «Г EрN

5'-иМР 9 2.5 98 0.50 0.72

13 1.5 98 0.50 0.72

15 14.0 70 0.46 0.65

16 5.0 75 0.45 0.69

5'-СМР 9 9.0 96 0.46 0.62

13 5.0 95 0.46 0.62

15 40.0 75 0.45 0.35

16 18.0 70 0.43 0.59

5'^МР 9 3.0 90 0.50 0.72

13 2.0 85 0.50 0.72

15 23.0 65 0.48 0.65

16 8.0 65 0.44 0.68

Взаимодействие уридин-5' -фосфата с малореакционноспособными

(BzIm)2CO (15) и (BzTr)2CO (16) приводит к получению смеси целевых

1 2

продуктов с симметричным Р ,Р -бис(уридин-5' -пирофосфатом).

он он

он он

12

Механизм образования симметричного Р ,Р -бис(уридин-5 -пирофосфата) на примере взаимодействия нуклеозид-5' -фосфата и 1а карбонилбисимидазола) представлен на схеме 10.

Схема 10

он он

o

чЧ-

o

OH OH

он он

о / ок о

NH

о о

Р Р I—о" /^о^/Ч-

о о

он он

о

ын

к =

N ^о

У

OHOH

ын.,

N ^о

OHOH

У

OHOH

о

N ын

V

OHOH

ын.

<1 1н <11

Проведенные исследования показали, что при использовании малореакционноспособных N,N,-карбонилбисазолов - (BzTri)2CO (16) и (BzIm)2CO (15) - в присутствии 1-метилимидазола (1-Ме1т) реакция образования нуклеозид-5 -фосфоазолидов существенно ускоряется и образование симметричного пирофосфата подавляется. Это позволяет добиться количественного превращения нуклеозид-5 -фосфатов в нуклеозид-5' -фосфоазолиды (таблица 6).

Таблица 6.

Синтез уридин-5' -фосфобензоазолидов (47) и (48) в присутствии

1-Ме1т

о

+

в

в

+

2 Е^н

N

N

N

2

Активирующий реагент Соотношение 1-Ме1т и уридин-5'-фосфата, моль/моль

6 : 1 12 : 1

время реакции, час выход 47, % время реакции, час выход 48, %

15 9 96 6 98

16 1.5 98 0.75 98

Полученные результаты позволяют предположить, что 1-Ме1т выступает в данном случае в качестве нуклеофильного катализатора на одной из стадий процесса, включающего нуклеофильную атаку на карбонильную группу или атом фосфора. По-видимому, образующиеся в качестве промежуточных продуктов соединения, обладают высокой реакционной способностью и не накапливаются в реакционной смеси в значительных количествах. Ранее сообщалось об использовании карбонилбисазолов, в том числе (BzTri)2CO (16) в присутствии 1-Ме1т, для активации фосфатной группы полипренилфосфатов для получения полипренилпирофофатсахаров [52, 53].

31

Попытки зафиксировать их с помощью спектроскопии Р ЯМР оказались безуспешными. Условия синтеза нуклеозид-5'-фосфоазолидов, отработанные на примере уридин-5'-фосфата, оказались пригодными и для получения аналогичных производных других нуклеотидов - цитидин-5'-фосфата и гуанозин-5'-фосфата. Такой вариант может быть особенно полезен при выполнении синтеза с микроколичествами нуклеотидов.

1-Ме1т, имеющий рКа 7.3, не оказывает заметного влияния на реакционную способность имидазолида, но повышает скорость реакции с триазолидами, бензимидазолидами и бензотриазолидами всех использованных нуклеотидов. Это связано, по-видимому, с тем, что 1-Ме1т функционирует как нуклеофильный катализатор реакции с образованием промежуточного цвиттер-ионного производного, близкого по реакционной способности к протонированному нуклеозид-5'-фосфоимидазолиду.

о

II

онон

Исследование реакции гидролиза фосфоамидов при различных рН показали, что константы гидролиза при рН 7 двух нижеприведенных соединений приблизительно одинаковы [54].

о

ы' I он

VI о о

N

о

'Р\

ы' он

Н3С

/ 14 / н

Таким образом, (BzTri)2CO (16) и (BzIm)2CO (15) также могут быть использованы для активации фосфатной группы нуклеозид-5' -монофосфатов.

При проведении реакции при повышенной температуре (22 °С и 35 °С) в реакционной смеси помимо целевого продукта содержалось значительное количество уридин 2 ,3 -циклокарбоната нуклеозид-5 -фосфата как следствие реакции ^ис-диольной группировки рибозы с 1т2СО, который используется в 4-кратном избытке.

НеГ / о--В

о

Впервые факт образования рибонуклеозид-2 ',3' -циклокарбонатов обнаружил Маэда с сотрудниками, применивший фосфоимидазолидный метод для синтеза рибо- и дезоксирибонуклеозид-5' -ди- и -трифосфатов [55]. Они показали, что при взаимодействии аденозин-5' -фосфата с 1т2СО (9) в абсолютном ДМФА при комнатной температуре в течение двух часов вместо ожидаемого фосфоимидазолида с 70% выходом образуется его 2',3' -циклокарбонат. Присутствие в реакционной смеси данного продукта они подтвердили данными электрофореза, результатами его кислотного

о

о

гидролиза, а также присутствием в ИК спектре пика вблизи 1800 см 1, отвечающего карбонильной группе пятичленного циклокарбоната.

В одном из сообщений Катли показал, что для целенаправленного получения соединений, содержащих циклокарбонатную группировку с помощью 9, необходимо нагревание реакционной смеси в ТГФ до 40 °С в атмосфере азота, либо кипячение в течение длительного времени в инертном растворителе [56]. Они считают, что этот способ защиты цис-гликольных групп является более эффективным, чем использование фосгена.

Поэтому Im2CO использовался многими исследователями для временного блокирования гидроксильных групп рибозного кольца нуклеозид-5' -фосфатов. Реакции, в результате которых образуются циклокарбонаты, были подробно описаны в литературном обзоре. Хоард и Отт с сотрудниками отработали условия снятия цис-диольной группировки рибозы: обработка 0.5% водным раствором триэтиламина при комнатной температуре в течение 4 часов [42].

После неудачной попытки выделить чистый 2',3'-циклокарбонат аденозин-5' -фосфоимидазолида Заторский с сотрудниками сделали вывод о неустойчивости циклокарбонатов в щелочной среде.

Нами было выдвинуто предположение, что понижение температуры будет препятствовать образованию циклокарбонатов, поэтому проводили реакцию нуклеозид-5' -фосфатов в виде бис(триэтиаммониевой) соли с N,N' -карбонилбисазолами в ДМФА при температуре и 0 °С. Полученные при пониженной температуре нуклеозид-5 -фосфоазолиды не содержали циклокарбонатной группы по цис-гликольной группировке рибозного кольца, потому что в их ИК спектрах отсутствовала характерная для пятичленных циклокарбонатов полоса поглощения в области 1805 см 1. Это предположение подтвердила положительная реакция на цис-гликоли при использовании периодатного окисления [57].

Предположительный механизм реакции на примере образования 2',3'-

циклокарбоната нуклеозид-5' -фосфоимидазолида (схема 11):

о о

Если форма нуклеозид-5' -фосфата является определяющей, то при использовании их в ионной форме, а именно в виде их аммониевых солей, можно достичь сразу две цели. Во-первых, присутствующая в реакционной среде основная частица будет препятствовать образованию 2',3'-циклопроизводных нуклеотидов вследствие их немедленного гидролиза, а во-вторых, отпадет необходимость дополнительной обработки реакционной смеси основными реагентами (КЩОН, КН3, Е^К - Н20, Е^К - Н2С03) для разрушения 2',3'-циклокарбонатов 5'-нуклеотидов. Из литературных

источников известно о том, что обработка некоторыми нуклеофильными реагентами может привести к эпимеризации исходной рибозы [56, 58]. Предполагаемый механизм щелочного гидролиза (Et3N•H2O, NH4OH) 2',3'-циклопроизводных 5'-нуклеотидов на примере их 2',3'-циклокарбонатов представлен на схеме 12.

Схема 12

о

о

N^1 о-, В

о RзN

о

N^1 ^о—, В

I о о I

к

о

/

оо

о

о

А^о

1 о

оо 0>

N^4

о о

-

I о

но о

Ао

км

N O

N O

^^ RзNH+ O

HO O - RзN

HO OH

Очевидно, что при использовании нуклеотида в форме триэтил (трибутил-, триоктил-) аммониевой соли имеет место смешанный механизм реакции, где только что образовавшаяся 2',3'-циклокарбонатная группа сразу же подвергается аммонолизу или аминолизу. Этот механизм сходен с В,^-основным гидролизом сложных эфиров [59].

Для выделения продуктов реакции применяли ионообменную хроматографию на DEAE-целлюлозе в линейном градиенте ТЭАБ.

Соединения элюировали при концентрации соли 0.040-0.045 М, что

93

N

N

N

RзN

о

о

о

о

о

о

N

N

N

R3NH+

- К^*

о

о

o

o

р

o