CC BY
25
УДК 547.914.4
Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), А. Ш. Сунагатуллина (к.х.н., доц.), Э. А. Абдуллина (магистрант), В. В. Зорин (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф., зав. каф.)
ПРАКТИЧНЫЙ СИНТЕЗ 19Д28-ЭПОКСИОЛЕАН-1-ЕН-3-ОНА
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: biochem@rusoil.net
R. N. Shakhmaev, A. Sh. Sunagatullina, E. A. Abdullina, V. V. Zorin
CONVENIENT SYNTHESIS OF 190,28-EPOXYOLEAN-1-EN-3-ONE
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062 Ufa, Russia; e-mail: biochem@rusoil.net
Разработан эффективный двухстадийный синтез 19Д28-эпоксиолеан-1-ен-3-она — ключевого интермедиата при получении ^-модифицированных тритерпеноидов. С использованием разработанной ранее методики бетулин в присутствии катионита Амберлист 15 изомеризовали в аллобетулин. Последний обрабатывали избытком 2-иодоксибензойной кислоты (IBX) с одно-реакторным образованием аллобетулона и его дальнейшим окислением до 19Д28-эпоксиолеан-1-ен-3-она. Наиболее высокий выход (91%) 19Д28-эпоксиолеан-1-ен-3-она был получен при проведении реакции в смеси ДМСО-толуол 1: 1 и температуре 75—78 оС.
A two-step synthesis of 19j0,28-epoxyolean-1-en-3-one, the key synthone in C2-modificated triterpenoids production was developed. An allobetuline was prepared by isomerization of betuline in the presence of Amberlyst 15. Then it was oxidized by IBX into 19j0,28-epoxyolean-1-en-3-one. The highest yield (91%) was in toluene/ DMSO mixture 1:1 at 75-78 0C.
Key words: allobetuline; allobetulone; betuline; IBX; triterpenoids; 19^,28-epoxyolean-1-en-3-one.
Ключевые слова: аллобетулин; аллобетулон; бетулин; тритерпеноиды; 19Д28-эпоксиолеан-1-ен-3-он; IBX.
Химическая модификация широко распространенного в природе и легко выделяемого в чистом виде растительного тритерпеноида бетулина 2 является перспективным направлением в создании новых фармакозначимых соединений Производные бетулина (бетулино-вая кислота, ее эфиры и амиды, аллобетулин) обладают широким спектром лекарственного действия (противоопухолевого, анти-ВИЧ, противоязвенного, гиполипидемического, гепато-протекторного, желчегонного и др.) и используются в синтезе лекарственных и природных соединений 3-10. В последние годы проводятся интенсивные исследования по созданию из бе-тулина новых синтетических тритерпеноидов лупанового и олеананового ряда и определению их биологической активности. Кроме на-
Дата поступления 02.11.15
правленной модификации изопропенильного фрагмента и гидроксильных групп при C3 и С28 атомах бетулина и его производных, значительное внимание уделяется также функци-онализации по второму положению кольца А пентациклического скелета этих тритерпенои-дов 1'11. В литературе имеются данные о 3-ок-сопроизводных лупановых и олеанановых три-терпеноидов с С2-атомом, связанным с элект-ронноакцепторными (Cl, CN, CHO и др.), аллильными и другими группами, проявляющими более высокую цитотоксическую активность, чем бетулиновая кислота 12-14.
Нами разработан эффективный двухста-дийный синтез 19в,28-эпоксиолеан-1-ен-3-она (1), являющегося ключевым интермедиатом при получении С2-модифицированных тритер-пеноидов. Известный метод синтеза тритерпе-ноида 1 заключается в кислотно-катализируе-
мой изомеризации бетулина, окислении образующегося аллобетулина до аллобетулона и обработкой последнего ангидридом бензолсе-леновой кислоты 15. Недостатками метода являются низкий выход продукта на последней стадии и высокая токсичность Бе-содержащего реагента.
С использованием разработанной нами ранее методики 16 бетулин 2 в присутствии ка-тионита Амберлист 15 изомеризовали в алло-бетулин 3. Реакция гладко протекает в среде хлороформа при комнатной температуре с близким к количественному выходом. Полученный аллобетулин 3 обрабатывали 5 экв. 2-иодоксибензойной кислоты (1ВХ) с одноре-акторным образованием аллобетулона и его дальнейшим окислением до 19Д28-эпоксиоле-ан-1-ен-3-она (1). Наиболее высокий выход 91% енона 1 был получен при проведении реакции в смеси ДМСО-толуол ( 1:1) и температуре 75—78 оС. Тщательный контроль температуры имеет ключевое значение, поскольку при температуре выше 85—90 оС наблюдается деструкция 1ВХ с образованием 2-иодбензойной и 2-иодозобензойной кислот. Избыток 1ВХ является необходимым для полной конверсии быстро образующегося промежуточного алло-бетулона (схема).
Структура и чистота полученных соединений была подтверждена ГЖХ-анализом, данными ЯМР-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии. Надежным доказательством структуры 19Д 28-эпоксиолеан-1-ен-3-она (1) является наличие сигналов винильных атомов углерода С1 (160.05 м.д.) и С2 (125.18 м.д.), карбонильного атома углерода С3 (205.59 м.д.), а также исчезновение сигналов соответствующих атомов аллобетулина. Кроме того, в ЯМР спектре енона (1) присутствуют два дублета при 5.82 и 7.16, характерные для атомов водорода двойной связи, сопряженной с карбонильной группой.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и С записаны в СЭС13 на приборе Вгикег АМ-500 (рабочая частота 500.13 и 125.76 МГц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографический анализ проводили на аппаратно-программном комплексе Хроматэк-Кристалл 5000 с пламенно-ионизационным детектором. Использовали капиллярную колонку Ие81ек ^х-1 (30 мх 0.25 ммх0.25 мкм), температура испарителя 300 оС, температура детектора 300 оС, температура колонки 310 оС, газ-носитель — гелий (2.4 мл/мин). Хромато-масс-спектральный анализ проводили на приборе ОСМ5-ОР20105 БЫшаёги (электронная ионизация при 70 эВ, диапазон детектируемых масс 33—550 Да). Использовали капиллярную колонку ИР-1М5 (30 мх0.25 ммх0.25 мкм), температура испарителя 300 оС, температура ионизационной камеры 200 оС. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 200 до 310 оС со скоростью 15 оС/мин, затем при 310 оС в течение 20 мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).
Аллобетулин (3). К суспензии 1.0 г бету-лина (2) в 30 мл хлороформа добавляли 1.5 г катионита Амберлист 15. Реакционную массу перемешивали в течение 5 ч, за ходом реакции следили с помощью ГЖХ-анализа. После полной конверсии субстрата катионит отфильтровывали, растворитель упаривали под вакуумом. Выход 0.94 г (94%), т.пл. 263-265 оС. Спектр ЯМР, 5, м. д.: 0.77 с (3Н, СН3), 0.80 с (3Н, СН3), 0.84 с (3Н, СН3), 0.91 с (3Н, СН3), 0.93 с (3Н, СН3), 0.97 с (6Н, 2СН3), 1.20-1.73 м (24Н, СН2, СН), 3.20 д.д (1Н, С3Н, I 11.6, 4.9 Гц), 3.44 д (1Н, С28Н2, I 7.8 Гц), 3.53 с (1Н, С19Н), 3.77 д (1Н, С28Н2, I 7.8 Гц). Спектр 13С ЯМР, 5, м. д.: 13.51, 15.38, 15.70, 16.48, 18.25, 20.98, 24.55, 26.25, 26.43, 26.44, 27.40 (С2), 27.97, 28.81, 32.70, 33.90, 34.14, 36.26, 36.74, 37.25, 38.88, 38.91 (С1),
Схема
40.60, 40.70, 41.47, 46.82, 51.07, 55.48, 71.26 (С28), 78.96 (С3), 87.93 (С19). Масс-спектр, m/z (IomH, %): 442.4 (6) [M]+, 207 (100), 107 (53), 95 (72), 81 (87), 69 (86), 67 (52), 55 (68), 44 (59), 43 (98), 41 (67).
19Д28-эпоксиолеан-1-ен-3-он (1). К 0.3 г (0.68 ммоль) аллобетулина 3 в 6 мл смеси ДМСО-толуол (1:1) добавляли 0.95 г (3.4 ммоль) IBX и перемешивали при температуре 75—78 оС в течение 3 ч. После полной конверсии субстрата 3 и аллобетулона (контроль методом ГЖХ) к реакционной массе добавляли 50 мл воды и органический слой экстрагировали этил ацетатом (3 х 15 мл). Объединенные органические слои последовательно промывали насыщенным раствором NaHCO3, водой, сушили над MgSO4 и концентрировали. Оста-
Литература
1. Толстиков Г. А., Флехтер О. Б., Шульц Э.Э., Балтина Л. А., Толстиков А.Г. Бетулин и его производные. Химия и биологическая активность // Химия в интересах устойчивого развития.- 2005.- Т. 13, №1.- C. 1-30.
2. Alakurtti S., Makela T., Koskimies S., Yli-Kauhaluoma J. Pharmacological properties of the ubiquitous natural product betulin // Eur. J. Pharm. Sci.- 2006.- V. 29, no.1.- P. 1-13.
3. Aiken C., Chen C.H. Betulinic acid derivatives as HIV-1 antivirals // Trends Mol. Med.- 2005.-V. 11, no. 1.- P. 31-36.
4. Cichewicz R.H., Kouzi S.A. Chemistry, biological activity, and chemotherapeutic potential of betulinic acid for the prevention and treatment of cancer and HIV infection // Med. Res. Rev.- 2004.- V. 24.- P. 90-114.
5. Левданский В.А., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. Новые способы одностадийного синтеза аллобетулина, бензоата и фталата аллобетулина // Химия растительного сырья.- 2010.- № 1.-С. 75-80.
6. Csuk R., Barthel A., Kluge R., Strohl D., Kommera H., Paschke R. Synthesis and biological evaluation of antitumour-active betulin derivatives // Bioorg. Med. Chem.- 2010.-V. 18, no.3.- P. 1344-1355.
7. Urban M., Vlk M., Dzubak P., Hajduch M., Sarek J. Cytotoxic heterocyclic triterpenoids derived from betulin and betulinic acid // Bioorg. Med. Chem.- 2012.- V. 20, no. 11.-P. 3666-3674.
8. Кузнецов Б.Н., Левданский В. А., Кузнецова С.А., Когай Т.И. Синтез биологически активных тритерпеновых соединений на основе бету-лина // Журнал Сибирского федерального университета. Химия.- 2011.- Т. 4, №4.-С. 408-423.
9. Коваленко Л.П., Балакшин В.В., Преснова Г.А., Чистяков А.Н., Шипаева Е.В., Алексеева С. В., Дурнев А. Д. Исследование иммуноток-сичности и аллергенности экстракта бересты су-
ток очищали методом колоночной хроматографии. Выход 0.27 г (91%), т.пл. 247-248 оС. Спектр ЯМР, 5, м.д.: 0.81 с (3H, CH3), 0.93 с (3H, CH3), 0.94 с (3H, CH3), 1.06 с (3H, CH3), 1.09 с (6H, CH3), 1.14 с (3H, CH3), 1.20-1.76 м (20H, СН2, СН), 3.47 д (1H, C28H2, J 7.6 Гц), 3.57 с (1Н, С19Ш, 3.79 д (1H, C28H2, J 7.6 Гц), 5.82 д (1Н, С2Н, J 10.3 Гц), 7.16 д (1Н, С!Н, J 10.3 Гц). Спектр 13С ЯМР, 5, м.д.: 13.36, 16.24, 18.97, 19.64, 21.29, 21.43, 24.56, 26.21, 26.28, 26.37, 27.84, 28.81, 32.67, 33.38, 34.33, 36.27, 36.68, 39.64, 40.98, 41.48, 41.53, 44.70, 45.00, 46.69, 53.63, 71.22 (С28), 87.87 (С19), 125.18 (С2), 160.05 (С1), 205.59 (С3). Масс-спектр, m/z (IomH, %): 438 (27) [M+], 137 (100), 150 (73), 81 (55), 215 (55), 69 (52), 95 (52), 55 (42), 41 (42), 93 (40), 135 (39).
References
1. Tolstikov G.A., Flekhter O.B., Shultz E.E., Baltina L.A., Tolstikov A.G. [Betulin and Its Derivatives. Chemistry and Biological Activity]. Chemistry for Sustainable Development, 2005, vol. 13, no.1, pp. 1-29.
2. Alakurtti S., Makela T., Koskimies S., Yli-Kauhaluoma J. [Pharmacological properties of the ubiquitous natural product betulin]. Eur. J. Pharm. Sci., 2006, vol. 29, no.1, pp. 1-13. doi:10.1016/j.ejps.2006.04.006
3. Aiken C., Chen C.H. [Betulinic acid derivatives as HIV-1 antivirals]. Trends Mol. Med., 2005, vol. 11, no. 1, pp. 31-36. doi: 10.1016/ j.molmed.2004.11.001.
4. Cichewicz R.H., Kouzi S.A. [Chemistry, biological activity, and chemotherapeutic potential of betulinic acid for the prevention and treatment of cancer and HIV infection]. Med. Res. Rev., 2004, vol. 24, pp. 90-114. doi:10.1002/med.10053.
5. Levdanskii V.A., Levdanskii A.V., Kuznetsov B.N. Novye sposoby odnostadiinogo sinteza allobetulina, benzoata i ftalata allobetulina [New methods of one-stage synthesis of allobetulin, benzoate and allobetulin pthalate]. Khimiya rastitel'nogo syr'ya [Chemistry of Plant Raw Material], 2010, no.1, pp. 75-80.
6. Csuk R., Barthel A., Kluge R., Strohl D., Kommera H., Paschke R. [Synthesis and biological evaluation of antitumour-active betulin derivatives]. Bioorg. Med. Chem., 2010, vol. 18, no.3, pp. 1344-1355. doi: 10.1016/ j.bmc.2009.12.024.
7. Urban M., Vlk M., Dzubak P., Hajduch M., Sarek J. [Cytotoxic heterocyclic triterpenoids derived from betulin and betulinic acid.] Bioorg. Med. Chem., 2012, vol. 20, no. 11, pp. 36663674. doi:10.1016/j.bmc.2012.03.066.
8. Kuznetsov B.N., Levdanskii V.A., Kuznetsova S.A., Kogay T.I. Sintez biologicheski aktivnykh triterpenovykh soedinenii na osnove betulina [Synthesis of Biologically Active Betulin-based
хого, содержащего бетулин // Хим.-фарм. журн.- 2007.- Т. 41, №1.- С. 18-20.
10. Zhang P., Hao J., Liu J., Zhang L., Sun H. Efficient synthesis of morolic acid and related triterpenes starting from betulin // Tetrahedron.- 2009.- V. 65, no.22.- P. 43044309.
11. Шахмаев Р.Н., Кашипова А.У., Емышаева Н.В., Юдина А.В., Зорин В.В. Синтез 2-мети-леналлобетулона // Изв. высших учебных заведений. Хим. и хим. технол.- 2014.- Т. 57, №10.- С. 26-28.
12. You Y.-J., Kim Y., Nam N.-H., Ahn B.-Z. Synthesis and cytotoxic activity of a-ring modified betulinic acid derivatives // Bioorg. Med. Chem. Lett.- 2003.- V. 13, no.19.- P. 3137-3140.
13. Honda T., Liby K.T., Su X., Sundararajan C., Honda Y., Suh N., Risingsong R., Williams C.R., Royce D.B., Sporn M.B., Gribble G.W. Design, synthesis, and anti-inflammatory activity both in vitro and in vivo of new betulinic acid analogues having an enone functionality in ring A // Bioorg. Med. Chem. Lett.- 2006.- V. 16, no.24.- P. 6306-6309.
14. Csuk R., Stark S., Nitsche C., Barthel A., Siewer B. Alkylidene branched lupane derivatives: Synthesis and antitumor activity // Eur. J. Med. Chem.- 2012.- V. 53.- P. 337-345.
15. Lugemwa F.N., Huang F.Y., Bentley M.D., Mendel M.J., Alford A.R. A Heliothis zea antifeedant from the abundant birchbark triterpene, betulin // J. Agric. Food Chem.-1990.- V. 38, no.2.- P. 493-496.
16. Филиппова Е.А., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Практичный метод получения аллобетулина // ЖОХ.- 2013.- Т. 83, №8.- С. 1404-1405.
Triterpene Compounds]. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Khimiya [Journal of Siberian Federal University. Series: Chemistry], 2011. vol. 4, no. 4, pp. 408-423.
9. Kovalenko L.P., Balakshin V.V., Presnova G.A., Chistyakov A.N., Shipaeva E.V., Alekseeva S.V., Durnev A.D. [Immunotoxicity and allergenic properties of betulin-containing birch bark dry extract]. Pharmaceutical Chemistry Journal, 2007, vol. 41, no. 1, pp. 17-19. doi:10.1007/ s11094-007-0005-6.
10. Zhang P., Hao J., Liu J., Zhang L., Sun H. [Efficient synthesis of morolic acid and related triterpenes starting from betulin]. Tetrahedron, 2009, vol. 65, no.22, pp. 4304-4309. doi:10.1016/ j.tet.2009.03.100.
11. Shakhamev R.N., Kashipova A.U., Emyshaeva N.V., Yudina A.V., Zorin V.V. Sintez 2-metilenallobetulona [Synthesis of 2-methylene allobetulone]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [Proceedings of the higher educational institutions. Chemistry and Chemical Engineering], 2014, vol. 57, no.10, pp. 26-28.
12. You Y.-J., Kim Y., Nam N.-H., Ahn B.-Z. [Synthesis and cytotoxic activity of a-ring modified betulinic acid derivatives]. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2003, vol. 13, no.19, pp. 3137-3140. doi: 10.1016/S0960-894X(03)00724-8.
13. Honda T., Liby K.T., Su X., Sundararajan C., Honda Y., Suh N., Risingsong R., Williams C.R., Royce D.B., Sporn M.B., Gribble G.W. [Design, synthesis, and anti-inflammatory activity both in vitro and in vivo of new betulinic acid analogues having an enone functionality in ring A]. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2006, vol. 16, no.24, pp. 6306-6309. doi: 10.1016/ j.bmcl.2006.09.012.
14. Csuk R., Stark S., Nitsche C., Barthel A., Siewer B. [Alkylidene branched lupane derivatives: Synthesis and antitumor activity]. Eur. J. Med. Chem., 2012, vol. 53, pp. 337-345. doi:10.1016/ j.ejmech.2012.04.023.
15. Lugemwa F.N., Huang F.Y., Bentley M.D., Mendel M.J., Alford A.R. [A Heliothis zea antifeedant from the abundant birchbark triterpene, betulin]. J. Agric. Food Chem., 1990, vol. 38, no.2, pp. 493-496. doi:10.1021/ jf00092a035.
16. Filippova E.A., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. [Convenient synthesis of allobetulin]. Russian Journal of General Chemistry, 2013, vol. 83, no.8, pp. 1633-1634. doi: 10.1134/ S1070363213080306.
