ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АДЕНИНА, АДЕНОЗИНА С НЕКОТОРЫМИ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ЭПОКСИПРОИЗВОДНЫМИ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.854.7:455

О.В. Пискунова1, Е.П. Студенцов2

Ациклические аналоги аденозина обладают антивирусной активностью. Давно известен эффективный препарат: 9-(Б)-(2',3'-дигидроксипропил)-аденин, применяемый в медицинской практике [1] и его 5'-фосфонат [2]. Большой интерес представляет также №-3'-О-фениловый эфир дигидроксипропиладенина (1), который запатентован как эффективный противовирусный препарат, с широким спектром действия [3, 4]. Противовирусные и цито-токсические свойства ряда новых 1\1-3'-О-ариловых эфиров (К,Б)-9-(2'3'-гидроксипропил)-аденина были изучены на различных ДНК- и РНК-содержащих вирусах и проявляли активность в отношении цитомегаловируса и ВИЧ типа I человека [4].

К лекарственным средствам предъявляются особые требования, необходим фармакопейный контроль качества на присутствие возможных примесей. Поэтому следует учитывать, что продукт (1), полученный взаимодействием аденина с фенилглицидиловым эфиром при нагревании в апротонном растворителе (ДМФА) в присутствии поташа, может содержать соответсвующие 1\13- и 1\17-изомеры (2, 3), за счет таутомерных превращений субстрата.

N

ДМФА

ОРИ

N

N

1 ОРИ

Проведенный нами ЯМР-1Н-спектральный и хрома-тографический анализ сырого продукта (1), полученного по способу [3], показал наличие в нем значительного количества указанных изомерных соединений и других не идентифицированных производных аденина, которые отделяются перекристаллизацией из н-пропанола, и выход (1) составляет около 65%.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АДЕНИНА, АДЕНОЗИНА С НЕКОТОРЫМИ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ЭПОКСИПРОИЗВОДНЫМИ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

Методами ЯМР-'Н, хроматографии исследован состав и строение продуктов взаимодействия аденина с фенилглицидиловым эфиром, эпи-хлоргидрином, изобутил-(2,3-эпокси)-пропиловым эфиром в диметил-формамиде при щелочном катализе и в уксусной кислоте. Региона-правленность данных реакций доказана сравнением УФ-спектров поглощения синтезированных изомерных ациклонуклеозидов аденина с модельными М3-, N-метиладенинами, а также химическими внутри-и межмолекулярными превращениями.

Ключевые слова: ациклоаналоги аденозина, противовирусная активность, алкилирование аденина, эпоксисоединения, регионаправлен-ность, структура изомеров, УФ-, ЯМР 1Н-спектры.

При взаимодействии аденина с фенилглицидило-вым эфиром, как и в случае с окисью пропилена при щелочном катализе [5], происходит избирательный разрыв эпоксикольца по связи Сн2-0 по правилу Крассуского при присоединении к гетероатомам азота пурина, что подтверждается наличием в ЯМР-1Н спектре продуктов ду-плетного сигнала, соответствующего вторичной гидро-ксильной группе около 5.1 м.д.

Возможно изменение направления алкилирова-ния аденина по гетероатомам азота при проведении реакции в протонном растворителе [6]. Нами установлено, что полная конверсия аденина при взаимодействии с фенилг-лицидиловым эфиром проходит в уксусной кислоте при 110°С за 5 часов при эквимольном соотношении реагентов. Основной продукт реакции кристаллизуется непосредственно из реакционной массы при охлаждении с выходом 45%, и по данным ЯМР-1Н состоит из смеси 1\13-, 1\17- и №- изомеров 3'-О-фенилового эфира дигидроксипропиладенина (1-3). Перекристаллизацией из диоксана, выделяли с 19%-ным выходом хроматографически однородный 1\13-изомер (2) в виде более трудно растворимого вещества. После выпаривания диоксанового маточника остающийся продукт подвергали дробной кристаллизации сначала из этилацетата, затем из н-пропанола, в результате чего удалось получить в чистом виде №-изомер (1) с выходом около 15%, а также небольшое количество (около 5%) 1\17-изомера (3) хроматографией остатка на колонке с силикагелем. Значения Кг в системе хлороформ-метанол 0,82, 0,75, 0,42, соответственно, для (2,1, 3).

№-изомер (1) имеет значительно более высокую температуру плавления (>300°С), чем 1\13-изомер (2) (255°С). УФ-спектры поглощения (Н2О рН 7) также существенно различаются: (1) - Лтах = 262 нм, (2) - Лтах = 275 нм, а (3) - Лтах = 270 нм, что соответствует значениям

ОРИ

иО

2

ыи2 ^

I 2 I ОН 3

1 Пискунова Ольга Владимировна, мл. науч. сотр. каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ е-таН: [email protected]

2 Студенцов Евгений Павлович, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. каф. химии и технологии синтетических биологически активных веществ е-таИ:

[email protected]

Дата поступления - 28 июня 2011 года

О

+

+

или

СИ3СООИ

изомерных 1\1-метилированных модельных производных аденина, которые используются для определения местоположения заместителя в пуриновом цикле [6]. ЯМР-1Н-спектры этих изомеров отличаются химическими сдвигами протонов при С2 и С8: у (1) они находятся в пределах б = 8.0 - 8.2, а у (2) разница значительно более существенна (б = 7.8 - 8.2) (см. таблицу) [7].

Таким образом, нам впервые удалось установить соотношение изомеров (1-3), выделить 1\13-(3'-фенокси-2'-гидроксипропил)-аденин (2) и 1\17-(3'-фенокси-2'-гидроксипропил)-аденин (3), получить их в значительном количестве в чистом виде, которые могут быть использованы для идентификации примесей в лекарственном препарате (1). Кроме того, представляет интерес определение их токсичности и противовирусной активности.

Реакция аденина с эпихлоргидрином (1-хлор-2,3-эпоксипропан) носит более сложный характер, учитывая, что в субстрате находятся несколько нуклеофильных центров при экзо- и эндо-атомах азота, а в алкилирующем агенте имеется как реакционноспособное эпоксикольцо, так и подвижный атом хлора. N14

зации из воды, а другие авторы считают, что в тех же условиях с таким же выходом образуется изомерный №-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-аденин (4), при этом изомеры 4 и 5 удалось выделить лишь в миллиграммовых количествах с помощью тонкослойной хроматографии [9].

При воспроизведении экспериментальных условий синтеза 1\1-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-аденина в препаративном варианте (загрузка десятков грамм реагентов) нами хроматографически и спектрально установлено, что в результате данной реакции образуется смесь двух изомерных производных аденина (4, 5) и перекристаллизацией ее из 50%-ой уксусной кислоты удалось выделить в чистом виде соединение (4) с выходом лишь 11%. После выпаривания фильтрата и дробного переосаждения твердого остатка из спирта диэтиловым эфиром получено с 45% выходом чистое соединение (5). Такое течение реакции согласуется с алкилированием аденина в нейтральной или умеренно кислой средах и преимущественно приводит к 1\13-алкилированию, а для №-алкилирования необходимо присутствие щелочных агентов [10]. Аналогично соединениям (1) и (2) УФ-спектр (4) (рН 7) имеет Лм

N14,

00

о

00

¿0

N14,

КОН

N

N14,

С1

№Н ДМФА

к

N14,

N N N N

NN.

^,-он

но

5

С1

и

он

N

>

N

47 о

С1

&

к7 о

9

NN

ДМФА

нк

N

I

Поэтому в литературе имеются противоречивые сведения о регионаправленности реакции и составе продуктов взаимодействия аденина с эпихлоргидрином. Так в работе японских исследователей [8] сообщается, что при проведении этой реакции в уксусной кислоте при 100°С в течение 5 часов преимущественно образуется \ 3-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-аденина (5) (50%) после кристалли-

261 нм, что характерно для 9-изомера, а (5) - Лмакс = 273 нм, соответствующее 1\13-метиладе-нину. В ЯМР-1Н-спектре химические сдвиги протонов для №-изомера (4) находятся в пределах 8.03-8.09 м.д., а для 1\13-изомера (5) - 8.28-7.9 м.д. [6]. Структура \ 3-(3'-хлор-2'-гидро-ксипропил)-аденина (5) доказана также встречным синтезом: дерибозилированием разбавленной соляной кислотой \ 3-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-1\19-рибофуранозил пурина, полученным, в свою очередь, взаимодействием аденозина с эпи-хлоргидрином в фосфатном буфере (48 часов, 37°С) [11].

Интересно отметить, что изомер (5), в отличие от (4), при нагревании в ДМФА подвергается внутримолекулярной циклизации с образованием труднорастворимого солеобразного трициклического производного: хлорида 10-амино-5,6-дигидро-5-гидрокси-4Н-пиримидино[1,2,3-с^пурина-3 (6) с выходом 65%, а при взаимодействии (4) или (5) с водным раствором гидроокиси натрия образует-

|> С1

N

6

он

Название соединения Тпл,°С (с разл.) УФ-спектр Лмакс, Н2О, рН 7, нм ЯМР-1Н спектр (ДМСОСб), 5, м.д.

1\19-(3'-фенокси-2'-гидроксипропил)-аденин(1) >300 262 8.2 и 8.0 (2Н, с, С2Н, С8Н), 7.3 (2Н, N42), 6.9-7.26 (арил), 5.7 (1Н, с, ОН), 3.99-4.00 (2Н, NCH2), 4.23-4.64 (3Н, ОСН2-СН)

1\13-(3'-фенокси-2'-гидроксипропил)-аденин (2) 255 275 8.2 и 7.8 (2Н,с, С2Н, С8Н), 7.99 (2Н, NH2), 7.24-7.28 (5Н, фенил),5.7 (1Н, с, ОН), 3.99-4.03 (2Н, N0-12), 4.24-4.64 ( 3Н, ОСН2-СН)

1\1'-(3'-фенокси-2'-гидроксипропил)-аденин(3) 262 270 8.0 и 8.2 (2Н, с, С2Н, С8н), 7.01 (2Н, NH2), 6.9-7.26 (арил), 5.7 (1Н, с, ОН), 3.8-3.99 (2Н, N^2), 4.20-4.64 (3Н, ОСН2-СН)

1\19-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)- аденин (4) >300 261 8.09 и 8.03 (2Н, с, С2Н, С8Н), 7.04 (2Н, NH2), 4.25 (1Н, ОН), 3.99-4.6 (3Н, пропил СиН), 3.54-3.7 (2Н, пропил С3Н)

1\13-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-аденин (5) 308-310 273 8.28 и 7.9 (2Н, с, С2Н, С8Н), 8.01 (2Н, NH2), 4.2 (1Н, ОН), 4.17-4.6 (3Н, пропил С1'2Н), 3.6-3.71 (2Н, пропил С3Н)

Хлорид 10-амино-5,6-дигидро-5-гидрокси-4Н-пиримидино-[1,2,3-сС]-пурина-3 (6) >300 271 9.29 (2Н, уш.с., NH2), 8.52 и 8.73 (2Н, с, С2Н, С8Н), 6.1 (1Н, уш.с., ОН), 4.254.67 (5Н, м, пропил)

1,3-диаден-9-ил-пропан-2-ол дигидро-хлорид (7) >300 260 8.15 и 8.1 (2Н, 2с, С2, С8), 7.25 (4Н, с, NH2), 5.7 (1Н, уш.с., ОН), 4.25 (м, пропил)

1\19-(2',3'-эпоксипропил)-аденин (8) 205 261 8.7 и 8.2 (2Н, с, С2, С8), 5.8-4.8 (м, эпокси)

1\13-(2',3'-эпоксипропил)-аденин (9) 205 277

Аденин-9-ил-(изобутил-2'-гидрокси)-пропиловый эфир (10) 132 262 8.07 и 7.94 (2Н, с, С2, С8), 6.99 (2Н, с, NH2), 5.2 (1Н, уш.с., ОН), 4.26 (2Н, с, СН22), 4.00 (2Н, м, СНГ2), 3.37-3.14 (4Н, м, 20-Щ, 1.18 (1Н, с, СН5'), 0.89 (6Н, 2СН3).

растворов соединений записывали на спектрофотометре СФ-26 в кварцевых кюветах (толщина слоя 1 см., концентрация веществ в растворе 10-4 - 10-5 моль/л). Индивидуальность синтезированных соединений установлена тонкослойной хроматографией на пластинах БогЬЛ! иУ 254, детекция в УФ свете. В качестве систем элюентов использовались системы хлороформ-метанол 5:1 (с добавлением небольшого количества уксусной кислоты), хлороформ-метанол 7:3 (в присутствии муравьиной кислоты) и 5% раствор хлорида аммония. Температура плавления определена на приборе для измерения температуры плавления ПТП (г. Клин)._

СН3СООН

+

+

N

N

7

8

ся соответственно N9- или 1\13-(2',3'-эпоксипропил)-аденин (8) или (9) с выходом 75-80% [8, 9].

Взаимодействие аденина с эпихлоргидрином позволяет получать соединения, имеющие в алкильной цепи одновременно две различные функциональные группы, что дает возможность синтезировать продукты внутри- и межмолекулярного алкилирования. При взаимодействии 2 экв. натриевой соли аденина с 1 экв. эпихлоргидрина в присутствии гидрида натрия в абсолютном ДМФА происходит одновременное раскрытие эпоксикольца и замещение атома хлора в эпихлоргидрине с участием субстрата, который алкилируется преимущественно по положению 9 с образованием бис-аденилпроизводного: 1,3-диаден-9-ил-пропан-2-ола (7) с выходом около 30%.

Следует отметить, что при замене атома хлора в эпихлоргидрине, например, на изобутоксигруппу, и, соответственно, при взаимодействии аденина с изобутил-(2,3-эпокси)-пропиловым эфиром при 110°С в ДМФА в присутствии поташа в течение 3 часов образуется только N9-изомер, что доказано хроматографически, УФ- и ЯМР-спектрами (см. таблицу).

Приписываемая структура всех синтезированных соединений хорошо согласуется со значениями химических сдвигов протонов и их интегральной интенсивностью в спектрах ЯМР-1Н (см. таблицу).

Данные по биологической активности синтезированных изомерных 3- и 9-(3'-хлор-2'-гидроксипропил)-аденина и их производных в литературе отсутствуют, поэтому целесообразно было провести внеэксперименталь-ный скрининг с использованием экспертной системы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances) версии 1.511. По данным прогноза следует ожидать наличия противовирусной, противоопухолевой и кардиоваскулярной активности у представленных ациклоаденозинов.

Литература

1. De Ciercq Е., Descamps J., De Somer P., a. Holy (S)-9-(2,3-Dihydroxypropyl)adenine: an aliphatic nucleoside analog with broad-spectrum antiviral activity // Science. 1978. V. 200. P. 563.

2. Baizarini J., De Ciercq E. 5-Phosphoribosyl 1-pyrophosphate synthetase converts the acyclic nucleoside phosphonates 9-(3-hydroxy-2-phosphonylmethoxypropyl)ade-nine and 9-(2-phosphonyl-methoxyethyl)adenine directly to their antivirally active diphosphate derivatives // J. Biol. Chem. 1991. V. 266. № 4341. P. 8686-8689.

3. Новиков М.С., Озеров А.А., Брель А. К., Солоду-нова Г.Н, Озерова Т.П. Синтез 3-О-ариловых эфиров 2,3-дигидроксипропиладенина и его пиримидиновых аналогов - потенциальных ингибиторов S-аденозил-L-гомоцистеин-гидролазы // Химия гетероцикл. соединений 1996. Вып. 3. C.380-385.

4. Производные пурина, обладающие противовирусной активностью: пат. 2233842 Рос. Федерация. № 2003100974; заявл. 13.01.2003; опубл. 10.08.2004

5. Kondo К., Sato S., Takemoto K Reaction of nucleic acid with epoxides and lactone // Chem. Let. 1973. P. 967968.

6. Lister, J.H. in "Fused Pyrimidines, Part II. The Purines"/ Ed. by D.J.Brown,. London: Wiley-Interscience, 1971. 655 p.

7. VikA. [et ai.JAntimicrobial and cytotoxic activity of agelasine and agelasimine analogs // Bioorg. Med. Chem. 2007. V. 15. P. 4016-4037.

8. Kondo K, Kuwata K., Takemoto K Synthesis of 2',3'-epoxypropyl derivatives of adenine and theophylline // Macromolec. Chem. 1972. Vol. 160. Р. 341-346.

9. Imoto M., Takemoto K Vinyl compounds and other monomers containing heterocyclic moieties of nucleic acids // Synthesis. 1970. P. 173.

10. Seden T.P, Turner R.W. The reaction of adenine with epichlorohydrin // J. of Heterocyclic Chemistry. 1975. V.12. Р. 1045-1046.

11. Sund P., Kronberg. L. Reaction of epichlorohydrin with adenosine: 2'-deoxyadenosine and calf thymus DNA: Identification of adducts // Bioorg. Chem. 2006. V. 34. P. 115-130.