CC BY
5
УДК 547.022
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2021.3.31
ХЕМОСЕЛЕКТИВНЫЕ ПОДХОДЫ СИНТЕЗА 0-ПИРРОЛ-ЭКДИСТЕРОИДОВ
© Р. Г. Савченко*, Р. М Лиманцева, В. Н. Одиноков, Л. В. Парфенова
Институт нефтехимии и катализа РАН Россия, Республика Башкортостан, 450075 г. Уфа, пр. Октября, 141.
*Email:rimasavchenko@mail.ru
На основе фитоэкдистероида 20-гидроксиэкдизона (20Е) бъти разработаны альтернативные подходы для синтеза ранее неизвестных пирролсодержащих экдистероидов прегнано-вого и холестанового типа. Кислотно-катализируемая конденсация 20Е с N-трет-буто-ксикарбонил пиррол-2-альдегидом стереоселективно приводила к образованию исключительно 20,22-0-пиррол-производного экдистероида, согласно экспериментальным методикам ЯМР и С. Избирательная этерификация гидроксильной группы гликольного фрагмента кольца А прегнанового экдистероида с 2-карбоновой кислотой в присутствии N-метил-2-хлорпиридиний иодида давала 3-О-пиррол-постстерон. Установлено, что 3-этерификация постстерона сопровождается эпимеризацией CH(5). Брутто-составы синтезированным О-пир-рол-экдистероидов подтверждены регистрацией положительных ионов [M+H]+ и [M+Na]+ в масс-спектрах высокого разрешения.
Ключевые слова: 20-гидроксиэкдизон, постстерон, экдистероиды, синтез, конденсация, реагент Мукаямы.
Введение
Экдистероиды - обширная группа полигидро-ксистероидов преимущественно холестанового типа [1]. Впервые идентифицированные из насекомых в 1954 г. [2], соединения этого ряда впоследствии были выделены также из многих видов растений [3-4]. Наиболее распространенный и доступный представитель фитоэкдистероидов - 20-гидроксиэкдизон (20Е-1, схема) обладает комплексом практически полезных свойств. Известно, что наряду с регуляцией процессов линьки и метаморфоза в насекомых [5], в организме млекопитающих и человека при экзогенном воздействии 20Е регулирует практически все обменные процессы (углеводный, белковый, минеральный) [6]. Стероидная структура 20Е располагает к синтезу различных производных, модифицированных как с участием гидроксильных групп кольца А и боковой цепи [7], так и с участием 14а-гидрокси-Д7-ен-6-онового фрагмента [8]. Современные исследования активности диоксола-новых производных экдистероидов выявили для них способность селективно сенсибилизировать раковые клетки к воздействию канцероцидов [9]. Азотсодержащие производные 20Е-2,3:20,22-диаце-тонида (оксимы, оксимовые эфиры и лактамы) проявляют высокую цитотоксичность и хемосенсиби-лизирующую активность в тестах с доксорубицином на клеточных линиях рака человека и мыши [10].
Среди представителей природных экдистероидов, содержащих ^атом, известен 24-пиррол-содержащий экдистероид - канесценстерон, впервые выделенный в миллиграммовых количествах из 1.8 кг коры субтропического растения Vitex canescens [11]. Было установлено, что пиррольный фрагмент природной молекулы способствует уси-
лению экдизоннои активности по сравнению с активностью истинного гормона 20Е в два раза [12].
С целью синтеза труднодосупных из природных источников экдистероидов, содержащих пиррольный фрагмент нами разработаны альтернативные подходы для его введения с участием гидроксильных групп кольца А или боковой цепи 20Е и его производного прегнанового типа постстерона (2, схема).
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и 13С (растворитель -CDCl3), гомо- и гетероядерные методики DEPT-135°, COSY, NOESY, HSQC, HMBC выполнены на приборе Bruker Avance-500 (рабочие частоты 500.17 и 125.77 МГц). Химические сдвиги приведены относительно внутреннего стандарта - ТМС. Масс-спектры записывали на спектрометре «Bru-ker-Autoflex III» в режиме MALDI TOF с регистрацией положительных ионов и использованием в качестве матрицы а-циано-4-гидроксикоричной кислоты (HCCA). Масс-спектры высокого разрешения (HRMS) измеряли на приборе «MaXis impact» (Bruker) с использованием масс-анализатора (TOF) с ионизацией электрораспылением (ESI). Температуры плавления определены на малогабаритном нагревательном приборе Boеtшs. Удельное вращение определяли на поляриметре Perkin Elmer-141. Для контроля методом ТСХ использовали пластины Silufol, проявитель - раствор ванилина в этиловом спирте, подкисленный серной кислотой.
1-Бутил-2-((4К,5К)-5-(3-гидрокси-3-метилбу-тил)-4-метил-4-((28,3К,5К,9К,10К,13К,148,178)-2,3,14-тригидрокси-10,13-диметил-6-оксо-2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,14,15,16,17-тетрагидро-1Н-циклопента[а]фенантрен-17-ил)-1,3-диоксолан-2-ил)-Ш-пиррол-1-карбоксилат (3). К раствору 20Е 1 (0.1 г, 0.21 ммоль) в 5 мл диметоксиэтана последо-
вательно прибавили Ж-трет-бутоксикарбонил пир-рол-2-альдегид (0.08 г, 0.04 ммоль) и 0.03 г фос-форномолибденовой кислоты (РМА). Реакционный раствор перемешивали 0.5 ч при комнатной температуре, контролируя ход реакции методом ТСХ (элюент-СИС13-МеОИ, 10:1). По окончании реакции добавили 1 мл воды, нейтрализовали реакционную смесь насыщенным раствором NaHCO3 и экстрагировали этилацетатом. Экстракт сушили Na2SO4 и упарили. Сухой остаток (0.12 г) хромато-графировали на силикагеле (SiO2, 50/160). Элюент хлороформ-метанол, 20:1. После колоночной хроматографии выделили (0.8 г, 58%) ацеталя 3. Т пл. 168-170 °С, [a]ö18 +31.2 (с 2.18, СИС13), Rj= 0.55 (СИС13-МеОИ 5:1); 1Н NMR (CDC13) ô 0.88 (с, 3Н, 18-Ме), 0,97 (с, 3Н, 19-Ме), 1.27 (с, 3Н, 21-Ме), 1.24 (с, 3Н, 26-Ме), 1.25 (с, 3Н, 27-Ме), 1,59 (м, 2Н, 23-Н), 1.60 (с, 9Н, 3СН3)), 1.67 и 1.79 (м, 2И, 16-И), 1.71 (м, 2И, 11-И), 1.77 (м, 2И, 4-И), 1.82 and 1,42 (м, 2И, 1-И), 1.84 (м, 2Н, 24-Н), 1.86 (м, 2И, 15-И), 1.96 и 2.02 (м, 2И, 12-И), 2.26 (м, 1И, 17-И), 2.43 (м, 1И, 5-И), 2.99 (т, 1Н, J=8 Гц, 9-И), 3.74 (m, 1Н, 22-И), 3.82 (m, 1Н, 2-И), 4.04 (m, 1Н, 3-И), 5.85 (д, 1Н, J=12 Гц, 7-И), 6.27 и 6.45 (с, 1И, 1'-И), 6.13, 6.35, 6.46 (м, 3H,Pyr); 13С NMR (CDC13) ô 17.35 (С18), 19.72 (С21), 20.72 (С11), 21.05 (С16), 22.76 (С23), 24.07 (С19), 31.07 (С15), 27.92 and 27.99 (Ме), 29.33 (С26), 29.41 (С27), 30.93 (С12), 31.96 (С4), 33.75 (С9), 36.71 (С1), 38.19(С10) 50.07 (С5), 41.20 (С24), 41.74 (С10), 47.33 (С13), 49.73 (С17), 50.07 (С5), 67.49 (С3), 67.81 (С2), 70.75 (С25), 74.00 (С9), 83.94 (С20), 84.54 (С22), 84.99 (С14), 97.49 и 97.69 (С1'), 121.59 (С7), 165.28 (С8), 110.11, 111.42 и 112.80 (С-Pyr), 171.19 (СОО), 204.65 (С6). HRMS m/z 658.3877 [М+И]+, C37H56N09.
(2К,38,4а8,8а8)-6-((18,38)-3-ацетил-1-гидрокси-2,2-диметилциклопентил)-3-гидрокси-4а-метил-8-оксо-1,2,3,4,4а,5,8,8а-октагидронафталин-2-ил-Ш-пиррол-2-карбоксилат (4). К раствору пиррол-2-карбоновой кислоты (0.07 г, 0.6 ммоль) в 6 мл смеси растворителей диметоксиэтан-триэтиламин (1:3) прибавили ^метил-2-хлорпиридиний иодид (0.15 г, 0.6 ммоль) и образовавшийся гомогенный раствор перемешивали 15 мин при комнатной температуре, к нему прибавили постстерон 2 (0.1 г, 0.28 ммоль) и реакционную смесь перемешивали еще 1 ч при комнатной температуре, контролируя ход реакции методом ТСХ (элюент-СИС13-МеОИ, 5:1). По окончании реакции растворитель упарили и сухой остаток (0.12 г) хроматографировали на силикагеле (8Ю2, 50/160). . Элюент хлороформ-метанол, 50:1. После колоночной хроматографии выделили (0.6 г, 46%) эфира 4. Т пл. 68-70 °С, [a]D18 +65.2 (с 1.8, СИС13), Rf= 0.7 (СИС13-МеОИ 5:1); 1Н NMR (500 МШ, CDC13) ô: 0.64 (с, 3Н, 18-Ме), 1,01 (с, 3Н, 19-Ме), 2.19 (с, 3Н, 21-Ме), 1.70 и 1.97 (м, 2И, 1-И), 1.30 и 1.95 (м, 2И, 16-И), 1.58 и 1.98 (м, 2И, 15-И), 1.7 (м, 2И, 11-И), 1.82 и 2.12 (м, 2И, 4-И), 1.95 м 2.05 (м, 2И, 12-И), 2.58 (м, 1И, 5-И), 3.30 (м 1Н, 9-
H), 3.32 (м, 1H, 17-H), 4.22 (с, 1Н, 2-H), 5,19 (д, J = 7.0 Гц, 1Н, 3-Н), 5.89 (с, 7-H) 6.29, 7.00 (м, 3H,Pyr); 13C NMR (CDCl3) Ô: 17.1б (C18), 20.44 (Cil), 21.89 (C16), 23.75 (Cl9), 30,33 (C4), 30.62 (Cl2), 31.23 (C2l), 31.98 (Cl5), 33.l6 (Cl), 33.66 (C9), 38.б0 (Cl0), 47.55 (Cl3), 49.96 (C5), 58.71 (Cl7), б5.74 (C3), 71.12 (C3), 84.5б (Cl4), l2l.82 (C7), 1б0.39 (COO), ll0.72, ll6.36 и l24.02 (C-Pyr), (1б4.б9 (C8), 203.47 (C6), 209.68 (C20), MALDI TOF m/z 4б4.24б [M+Na]+, C25H31NNaO,5.
Результаты и их обсуждение
Введение пиррольного фрагмента в боковую цепь 20Е было осуществлено с помощью кислотно -катализируемой конденсации вицинального диоль-ного фрагмента стериновой цепи холестанового субстрата с Ж-трет-бутоксикарбонил пиррол-2-аль-дегидом. Взаимодействие 20Е 1 с избытком альдегида хемоселективно приводило к образованию исключительно 20,22-моно аддукта 3 в виде диа-стереоизомерной смеси. Образования продукта с участием 2,3-гликольного фрагмента исходной молекулы не наблюдалось. Это, возможно, связано с известной лабильностью 2,3-ацетальной группы в кислых условиях реакции [13]. При образовании 1,3-диоксолана - циклического 20.22-ацеталя появляется новый асимметрический центр (C28, схема). Так, в спектре ЯМР ftC соединения 3 в области, характерной для ацетального (C28) атома присутствуют два сигнала разной интенсивности (SC 96.49 и 98.б9 м.д.), которые коррелируют с сигналами атомов водорода (спектр HSQC), резонирующими в виде двух синглетов (2:1, ЯМР 1Н) в области SH 6.27 и 6.45 м.д., соответственно. На основании ядерного эффекта Оверхаузера (спектр NOESY) была установлена преимущественная конфигурация С28 -ацетального атома диастереомерной пары соединения 3. Так, корреляция между протоном ацетальной группы при C28 (SH 6.27м.д.) и протонами метильной группы (C2iH3 S l.27 м.д.) свидетельствовала о 20R,22R,28S-конфигyрации преимущественного 3a изомера (схема), а наличие кросс-пика с протоном метиновой (C22H S 3.74 м.д.) группы подтверждала 20R,22R,28R- конфигурацию изомера 3b.
Альтернативный подход для синтеза пиррол-производных экдистероидов нами впервые разработан для экдистероида прегнанового типа - пост-стерона 2, являющегося in vivo метаболитом 20Е [14] и синтезируемый на его основе окислительным расщеплением 20,22-диольной группы [15]. Известная способность гидроксильных групп кольца А экдистероидов к образованию трудноразделимой смеси моно- 2-, 3ЮАс производных была исследована в работе [1б] и связна с протекающей в кислых условиях C-2^C-3 миграцией ацетильной группы [17]. C целью хемоселективного введения пиррольной компоненты мы разработали новый подход для избирательной этерификации гидро-ксильных групп экдистероида 2 с участием эффективного конденсирующего реагента ^метил-2-хлорпиридиний иодида (реагент Мукаямы) [18] (схема).
Схема
О
он N - РМА
I но,
Вое
58%
За ЗЬ
Так, взаимодействие постстерона 2 с 2-х кратным мольным избытком 2-карбокси пиррола, активированного реагентом Мукаямы, в среде триэти-ламин-хлористый метилен в течение 4 ч перемешивания приводило к избирательному образованию 3-эфира 4. Согласно гомо- и гетерокорреляционным спектрам ЯМР 13С и Н при образовании 4, наряду с этерификацией гидроксильной группы кольца А, происходила эпимеризация С5Н, характерная для экдистероидов в щелочных условиях [19-20]. Об инверсии 5-атома однозначно свидетельствовала NOE-корреляция метиновых протонов при С5 и С9, а также отсутствие характерного для 5ув-экди-стероидов взаимодействия протона при С5Н с протонами 19-ангулярной метильной группой. Смещение сигналов атомов углерода и водорода (С3Н) в слабопольную часть спектра (Дс~3 м.д., Дд~0,4 м.д.) и их гетеро взаимодействия с соседними атомами (С2Н и С4Н) подтверждало трансформацию 3-гидроксильной группы в эфирную.
Выводы
Таким образом, нами впервые разработаны условия для хемоселективного введения пиррольного фрагмента в молекулу 20Е и его короткоцепочеч-ного производного постстерона. Установлено, что взаимодействие вицинальных гидроксильных групп 20Е с пиррол-2-карбоксальдегидом происходит хемо- и стереоселективно с образованием исключительного 20,22-моно-аддукта преимущественной 20R,22R,28S-конфигyрации. Взаимодействие 2,3-гликольного фрагмента прегнанового экди-стероида постстерона с пиррол-2-карбоновой кислотой, активированной реагентом Мукаямы, происходит хемоизбирательно с образованием 3-О-пиррол производного постстерона.
Брутто-составы синтезированных О-пиррол-экдистероидов подтверждены регистрацией положительных ионов [M+H]+ и [M+Na]+ в масс-спектрах высокого разрешения.
Работа выполнена в рамках государственного задания Института нефтехимии и катализа УФИЦ РАН (тема №AAAA-A19-119022290012-3), при финансовой поддержке РФФИ (проект №20-03-00649).
2. 3.
н о
Структурные исследования проведены в Региональном Центре коллективного пользования «Агидель» УФИЦ РАН, в рамках выполнения государственного задания Института нефтехимии и катализа УФИЦ РАН (тема №АААА-А19-119022290004-8).
ЛИТЕРАТУРА
Lafont R., Harmatha J., Marion-Poll F., Dinan L., Wilson I. D., The Ecdysone Handbook. Third Edition, http://ecdybase.org, 2002, (accessed 02.08.2021). Butenandt A., Karlson P. // Z.Naturforsch. 1954. P. 389-391. Odinokov V. N., Galyautdinov I. V., Nedopekin D. V., Khalilov L. M., Shashkov A. S., Kachala V. V., Dinan L., La-font R. // Insect Biochem. Mol. Biol. 2002. P. 161-165. Vokac K., Budesinsky M., Harmatha Ju. // Collect Czech. Chem. Commun. 2002. V. 67. P. 124-139. Dinan L. // Phytochemistry. 2001. V. 57. P. 3258-339. Bâthori M., Toth N., Hunyadi A., Mârki A., Zâdor E. // Current medicinal chemistry. 2008. V. 15. P. 75-91. Ves'kina N. A., Odinokov V. N. // Russian Journal of Organic Chemistry. 2012. V. 4. P. 1137-1161.
Savchenko R. G., Kostyleva S. A., Apaeva A. A., Mesheryakova E. S., Tukhbatullin A. A., Odinokov V. N., Parfenova L.V. // Ultrason. Sonochem. 2019. V. 52. P. 505511.
Martins A, Tôth N., Vanyolos A. , Béni Z., Zupkô I., Molnâr J., Bâthori M., Hunyadi A. //Med. Chem. 2012. V. 55. P. 5034-5043. Bogdan D., Haessner R., Vâgvolgyi M., Passarella D., Hunyadi A., Gâti T.,Tôth G. // Magn Reson Chem. 2018. V. 56. P. 859-866.
Suksamrarn A., Sommechai С., Charulpong P., Chitkul B. //
Phytochemistry, 1995. V. 38. P. 473-476.
Suksamrarn A., Pattanaprateep A., Tanachatchairatana T.,
Haritakun W., Yingyongnarongkul B., Chimnoi N. // Insect
Biochem Mol Biol. 2002. V. 32. P. 193-197.
Галяутдинов И. В., Назмеева С. P., Савченко Р. Г., Веськина
Н. А., Недопекин Д. В., Фатыхов А. А., Халилов JI. M., Оди-
ноков В. Н. // ЖОрХ. 2004. Т. 40. С. 709-717.
Hunyadi A., Csâbi J., Martins A., Molnâr J., Balâzs A.,
Tôth G. //Molecules. 2017. V. 22. P. 199-208.
Petersen Q. R., Cambie R. C., Russell G. B.// Austr. J. Chem.
1993. V. 46. P. 1961-1964.
Charuensuk S., Yingiongnarongkul B., Suksamrarn A. // Tetrahedron. 2000. V. 56. P. 9313-9317.
Suksamrarn A.; Pattanaprateep P. // Tetrahedron. 1995. V. 51. P.10633-10650.
Mukaiyama T., Usui M., Shimada E., Saigo K. // Chem. Lett. 1975. V. 4. P. 1045-1048.
Suksamrarn A., Yingyongnarongkul B. // Tetrahedron. 1997. V. 53. P. 3145-3154.
Pongracz Z., Bathori M., Toth G., Simon A., Mak M., Mathe I. // J. Nat. Prod. 2003. V. 66. P. 450-451.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Поступила в редакцию 25.08.2021 г.
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2021.3.31
CHEMOSELECTIVE APPROACHES TO SYNTHESIS OF 0-PYRROL-ECDYSTEROIDS
© R. G. Savchenko*, R. M. Limantseva, V. N. Odinokov, L. V. Parfenova
Institute of Petrochemistry and Catalysis, Russian Academy of Sciences 141 Oktyabrya Avenue, 450075 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
*Email: rimasavchenko@mail.ru
Alternative approaches for the synthesis of previously unknown pyrrole-containing ecdysteroids of the pregnane and cholestane types were developed on the basis of the phytoecdysteroid 20-hydroxyecdysone (20E). Among the natural ecdysteroids containing the N-atom, a 24-pyrrole-substituted ecdysteroid, canescensterone, was isolated for the first time in milligram quantities from the bark of the subtropical plant Vitex canescens. It was shown that the pyrrole fragment of a natural molecule significantly contributes to an increase in ecdysone activity in comparison to the activity of the true hormone 20E. The research is aimed at the synthesis of novel ecdysteroid analogs containing a pyrrole fragment via the alternative approaches with the participation of hydroxyl groups of ring A or the side chain of 20E and its pregnane type derivative poststerone. The acid-catalyzed condensation of 20E with N-tert-butoxycarbonyl pyrrole-2-aldehyde stereoselectively led to the formation of exclusively 20,22-0-pyrrole derivative of ecdysteroid, according to :H and 13C NMR. Selective esterification of more reactive secondary hydroxyl group in the A ring of pregnane ecdysteroid with 2-carboxylic acid in the presence of N-methyl-2-chloro-pyridinium iodide gave 3-O-pyrrole-poststerone. It was found that 3-esterification of poststerone was accompanied by CH5-epimerization. The gross compositions of the synthesized O-pyrrole-ecdysteroids were confirmed by the registration of positive ions [M+H]+ and [M+Na]+ in high-resolution mass spectra.
Keywords: 20-hydroxyecdysone, poststerone, ecdysteroids, synthesis, condensation, Mukaiyama reagent.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Lafont R., Harmatha J., Marion-Poll F., Dinan L., Wilson I. D., The Ecdysone Handbook. Third Edition, http://ecdybase.org, 2002.
2. Butenandt A., Karlson P. Z.Naturforsch. 1954. Pp. 389-391.
3. Odinokov V. N., Galyautdinov I. V., Nedopekin D. V., Khalilov L. M., Shashkov A. S., Kachala V. V., Dinan L., Lafont R. Insect Biochem. Mol. Biol. 2002. Pp. 161-165.
4. Vokac K., Budesinsky M., Harmatha Ju. Collect Czech. Chem. Commun. 2002. Vol. 67. Pp. 124-139.
5. Dinan L. Phytochemistry. 2001. Vol. 57. Pp. 3258-339.
6. Bâthori M., Toth N., Hunyadi A., Mârki A., Zâdor E. Current medicinal chemistry. 2008. Vol. 15. Pp. 75-91.
7. Ves'kina N. A., Odinokov V. N. Russian Journal of Organic Chemistry. 2012. Vol. 4. Pp. 1137-1161.
8. Savchenko R. G., Kostyleva S. A., Apaeva A. A., Mesheryakova E. S., Tukhbatullin A. A., Odinokov V. N., Parfenova L.V. Ultrason. Sonochem. 2019. Vol. 52. Pp. 505-511.
9. Martins A., Tôth N., Vânyolôs A. , Béni Z., Zupkô I., Molnâr J., Bâthori M., Hunyadi A. Med. Chem. 2012. Vol. 55. Pp. 5034-5043.
10. Bogdân D., Haessner R., Vâgvolgyi M., Passarella D., Hunyadi A., Gâti T.,Tôth G. Magn Reson Chem. 2018. Vol. 56. Pp. 859-866.
11. Suksamrarn A., Sommechai S., Charulpong P., Chitkul B. Phytochemistry, 1995. Vol. 38. Pp. 473-476.
12. Suksamrarn A. Insect Biochem Mol Biol. 2002. Vol. 32. Pp. 193-197.
13. Galyautdinov I. V., Nazmeeva S. P., Savchenko R. G., Ves'kina N. A., Nedopekin D. V., Fatykhov A. A., Khalilov JI. M., Odinokov V. N. ZhOrKh. 2004. Vol. 40. Pp. 709-717.
14. Hunyadi A., Csâbi J., Martins A., Molnâr J., Balâzs A., Tôth G. Molecules. 2017. Vol. 22. Pp. 199-208.
15. Petersen Q. R., Cambie R. C., Russell G. B.// Austr. J. Chem. 1993. Vol. 46. Pp. 1961-1964.
16. Charuensuk S. Tetrahedron. 2000. Vol. 56. Pp. 9313-9317.
17. Suksamrarn A. Tetrahedron. 1995. Vol. 51. Pp. 10633-10650.
18. Mukaiyama T., Usui M., Shimada E., Saigo K. Chem. Lett. 1975. Vol. 4. Pp. 1045-1048.
19. Suksamrarn A. Tetrahedron. 1997. Vol. 53. Pp. 3145-3154.
20. Pongracz Z., Bathori M., Toth G., Simon A., Mak M., Mathe I. J. Nat. Prod. 2003. Vol. 66. Pp. 450-451.
Received 25.08.2021.
