CC BY
44
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
И.С. Низамов, Ф.Д. Ямбушев, И.Д. Низамов
ПУТИ ФОСФОРМОДИФИЦИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ИЗОПРЕНОИДОВ. ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ СПИРТОВ, ИХ ЭФИРОВ И ЦИТРАЛЯ
Одной из фундаментальных проблем химии природных соединений является создание новых типов фосформодифицированных производных изопреноидов и политерпенов. Среди природных 1,5-полиенов наиболее важными являются полипренолы, полиизопренилальдегиды, полиизопрениловые кислоты, их эфиры и амиды общих формул
п = 2-3, т = 3-23; А = СН2ОН, н^^0’
но>00, ко>с=о,
Эти соединения являются перспективными низкомолекулярными биорегуляторами, необходимыми для получения лекарственных средств нового поколения. Среди данных соединений могут быть найдены вещества, проявляющие противоязвенную, ранозаживляющую, гипотензивную, антитромбозную, противоопухолевую, антигипертензивную, андренерги-ческую, антиульцерогенную, гиперпротекторную и антигиперхолестери-немическую активность, а также участвующие в нормализации иммунной
функции, в восстановлении функций печени, являющиеся растворителями желчных камней. Природные фосфорсодержащие полипреноидные соединения играют важную роль в метаболических процессах в живых организмах. Сообщается о фосфатах /?,у-дигидропренолов (о долихолфосфатах), которые участвуют в биосинтезе гликозиламиногликанов и гликопротеинов [1-3]. В биосинтезе терпенов ключевыми интермедиатами являются д-2- и (5-3-изопентилпирофосфаты. Биосинтез гераниол- и неролпирофосфа-тов протекает через промежуточное образование мевалоновой кислоты [4], а биосинтез фосфорилированных терпенов включает образование 5-пирофосфатомевалоновой кислоты и фарнезилпирофосфата [5]. Однако в литературе практически отсутствуют сведения о методах искусственного фосформодифицирования изопреноидов.
К нам поступила партия полипренолов С75-С85, полученных из хвои ели (г. Сыктывкар) в виде густой смолистой жидкости коричневого цвета. Нами проведен спектральный анализ данной партии полипренолов С75-С85 методами ЯМР и ИК спектроскопии. В спектре ЯМР 'Н в растворе СОС13 полипренолов С75-Сз5 в области 8 5.13 м.д. находится уширенный синг-летный сигнал, относящийся к винильным протонам групп С=С-Н. Дуб-летный сигнал при 8 4.07 м.д. ( 7нн 7.2 Гц) принадлежит метиленовым протонам концевых групп НО-СН9-СН=. Протоны двух терминальных метальных групп (СНУЬС= вступают в резонанс в виде большого по интенсивности синглетного сигнала при 5 2.03 м.д. Еще большей интенсивностью обладает уширенный синглетный сигнал при £ 5.13 м.д., относящийся к метиленовым протонам фрагмента -С-СНу Таким образом, в спектре ЯМР !Н найдены сигналы групп протонов, характерных для высших непредельных спиртов. В ИК спектре полипренолов С75-С85 (жидкая
пленка) присутствует широкая полоса поглощения валентных колебаний связи О-Н с центром при V 3350 см'1. Валентные колебания связи =С-Н проявляются в виде слабой, но хорошо выраженной полосы поглощения при у3040 см'1. При V 1670 см"1 находится небольшая по интенсивности характеристическая полоса поглощения валентных колебаний связи С=С. Таким образом, полученные спектральные данные подтверждают присутствие ключевых связей О-Н и С=С в полученной партии полипренолов С75-С85.
Однако наличие нескольких связей С=С в молекулах полипренолов С75-С85 в виде смеси трудноразделимых изомеров могло бы привести к получению неоднозначных результатов в случае прямого фосфорилирова-ния подобных соединений. В связи с этим для решения проблемы построения общих принципов и моделей фосформодифицирования природных полипренолов, их эфиров и полиизопренилальдегидов первоначально проведено исследование процессов фосфорилирования на базе их более простых низкомолекулярных аналогов.
Одним из путей решения поставленной задачи явилось исследование модельных реакций кислых фосфитов с аллиловым спиртом в среде четыреххлористого углерода в присутствии основания. В данной реакции при -30°С в течение 2 ч получены непредельные фосфаты с выходами 76-79 %. Аллилфосфаты образуются в виде бесцветных, подвижных и перегоняющихся в вакууме жидкостей. Химические сдвиги в спекграх ЯМР 3!Р в бензоле полученных фосфатов, содержащих непредельные заместители, находятся в области с)р от 0.5 до -1.0 м.д., что характерно для соединений фосфатной структуры [6].
о
II
сн2=сн- сн2-он + (ао)2рн + сс14 + Е13ы --------------►
- снсц
- Е^ина
о
--------► СН2=СН- СН2- 0-Р(0К)2
- СНС13 - Е1зы НС1
Я = Е^ Рг
В спектре ЯМР 'Н в растворе СЭС1з 0-аллил-0,0-диизопропилфосфата випильный протон группы С=С-Н проявляется в виде мультиплетного сигнала при д 5.81 м.д. В ИК спектрах фосфатов имеются полосы поглощения при V1280-1275 см'1 и V 1650-1640 см1, принадлежащие валентным колебаниям групп Р=0 и С=С, соответственно, аналогично данным [7]. Небольшая по интенсивности полоса поглощения при V 3090 см'1 относится к валентным колебаниям связи С-Н винильной группы С=С-Н. Очень сильная широкая полоса поглощения при V 1040-1020 см’1 обусловлена валентными колебаниями связи (Р)О-С. Состав синтезированных фосфатов подтвержден элементным анализом. Таким образом, разработан удобный метод синтеза фосфатов, содержащих непредельные заместители, в мягких условиях. Предложенный метод может быть распространен на полипренолы фракции С75-С85.
С целью моделирования процессов получения эпоксидированных полиизопропенолов, которые предлагается ввести в реакции фосфорили-рования с третичными фосфинами, проведена реакция гераниола в виде его натриевой соли с эпихлоргидрином. Установлено, что данная реакция
при 100-110°С в среде безводного толуола в течение 7 ч приводит к образованию глицидилового эфира гераниола. Полученный эфир перегоняется в вакууме.
_ун Нз\. I
:п,-о-т
+ С1-СН2-СН—рн2 ---------
-ИаС1
н3сх
■> /О
Н3С Щ2-СН2'
В ИК спектре глицидилового эфира гераниола наряду с полосами поглощения валентных колебаний связей С=С и =С-Н при у 1670 и 3065,3055 см1, соответственно, найдены новые полосы поглощения при у И10 и 845 см'1, принадлежащие валентным колебаниям связей СН2-0-СН2 и >0. В спектре ЯМР 'Н в растворе СБС1з полученного соединения появляются сигналы в виде мультиплов в области д 2.5-3.6 м.д., обусловленные резонансом протонов глицидилового фрагмента СН?-СН-СН?-0.
Глицидиловый эфир гераниола введен в реакцию с трифлатом три-фенилфосфония в среде хлористого метилена при — 10°С. В данной реакции образуется трифлат 2-гидрокси-3-(3,7-диметилокта-2,7-диенил)пропилтри-фенилфосфония.
+ РЬ3Р+-НСР3803
СН-СН2-СН2-С(СН3)=СН-СН2-0
С(СН3)2
сн2- сн—сн2
Н-СН2-СН2-С(СН3)=СН-СН2-0
С(СН3)2
?н
СН2-СН-СН2-РРЬ3 СР3803
Трифлат трифенилфосфония, образованный при взаимодействии трифторметансульфокислоты с трифенилфосфином, имеет дублетный сигнал в спектре ЯМР 31Р (в растворе СН2С12) при <5Р 5.0 м.д. (/Рп 525 Гц). В то же время в спектре ЯМР 31Р трифлата 2-гидрокси-3-(3,7-диметилокта-2,7-диенил)пропилтрифенилфосфония в растворе этилацетата содержится синглетный сигнал при <5р 24.1 м.д. В ИК спектре полученного трифлата фосфония имеется сильная широкая полоса поглощения с центром при ^3420 см'1 валентных колебаний связи О-Н.
Процессы фосформодифицирования полиизопренилальдегидов средними фосфитами в присутствии третьих реагентов были смоделированы путем исследования реакции 3,7-диметилокта-2,6-диеналя (цитраль, смесь Е,г-изомеров) с триметилфосфитом в присутствии эквимольного количества уксусной кислоты. Установлено, что данная реакция протекает при 50°С в течение 1.5 ч с образованием 1-гидрокси-3,7-диметилокта-2,6-диенил-0,0-диметилфосфоната в виде смеси £,г-изомеров.
?
+ СН3С(0)0Н
=Г-^С-Н + (СН30)3Р ------------------
- СН3С(0)0СН3 Е, 2
+ 5 /3 2 Р(ОСН3)2
2
а-Гидроксиалкиленфосфонат выделен хроматографированием на колонке, при этом изомеры не разделяются. В ЯМР 31Р спектре в растворе бензола продукта реакции содержится 2 сигнала при 25.0 и 22.3 м.д. в соотношении —1:1 (по интегральной интенсивности). В ИК спектре а-гидроксиалкиленфосфоната имеется сильная широкая полоса поглощения при у 3330 см принадлежащая валентным колебаниям связи О-Н. В масс-спектре электронного удара полученного продукта содержится массовый пик т/г 262 [М+‘], соответствующий его молекулярному иону.
Таким образом, выявленные закономерности фосфорилирования высших непредельных спиртов, их эфиров и альдегидов и разработанные методы фосфорилирования позволят провести направленное фосформоди-фицированис выделенных из растительного и животного сырья полипренолов и иолиизопренилальдегидов на последующем этапе работы.
Экспериментальная часть
ИК спектры записаны на спекгрометре 1Ж-20 в виде жидких пленок между пластинами КВг. Спектры ЯМР 'Н получены на спектрометре Вгикег М8Ь-400 (400 МГц) в растворах СБСЬ с внутренним стандартом - (Мез5і)20. Спектры ЯМР 13С записаны на спектрометре Вгикег МЭЬ-400 (100.6 МГц) в растворах СБСЬ. Спектры ЯМР 3|Р сняты на спектрометре Вгикег СХР-100 (36.5 МГц, эталон - 85%-ная Н3Р04) в растворах С6Н6. Масс-спектры зареги-
стрированы на хромато-масс-спектрометре НкасЫ М-80В.
О-Аллил-0,0-диизопропилфосфат. К 12.0 г диизопропилфосфита в 50 мл безводного петролейного эфира (с т. кип. 70-100°С) при -30°С в токе сухого аргона при перемешивании прибавляли по каплям 7.3 г сухого гри-этиламина. К смеси при перемешивании прибавляли по каплям 11.1 г сухого четыреххлористого углерода. В другой колбе к 7.3 г безводного три-этиламина в 25 мл сухого петролейного эфира в токе сухого аргона при перемешивании и охлаждении (-30°С) прибавляли по каплям 4.2 г свеже-перегнанного над сульфатом бария аллилового спирта. Полученную вторую холодную смесь прибавляли по каплям при перемешивании при -30°С к первой смеси. Смесь пермешивали 2 ч при -30°С и оставляли на ночь. Образовавшийся осадок отделяли фильтрованием. Из фильтрата отгоняли растворитель в вакууме (10 и 1 мм рт. ст.). Перегонкой остатка в вакууме
получили 12.3 г (76%) 0-аллил-0,0-диизопропилфосфата с т. кип. 80-82 °С
20
(0.08 мм рг. ст.), по 1.4210. Найдено, %: Р 14.08. С9Н19О4Р. Вычислено, %: Р 13.94.
0-Аллил-0,0-диэтилпропилфосфат получен аналогично из 13.1 г диэтилфосфористой кислоты, 5.8 г аллилового спирта, 20.2 г триэтиламина и 15.4 г четыреххлористого углерода. Выход 13.0 г (77 %). Т. кип. 75-76°С
20
(0.04 мм рт. ст.), по 1.4223. Найдено, %: Р 18.09. С5Н15О4Р. Вычислено, %: Р 18.20.
Глициднловый эфир гераниола. К 10.0 г гераниола при перемешивании в токе сухого аргона прибавляли порциями 1.5 г металлического натрия. Смесь нагревали при 90°С в течение 9 ч до полного израсходования натрия. Полученную смесь разбавляли 10 мл безводного толуола. К смеси добавляли по каплям 6.0 г эпихлоргидрина в 10 мл толуола. Смесь нагревали 7 ч при 100-110°С при перемешивании. Из смеси удаляли растворитель в вакууме (1 мм рт. ст.) при 40°С в течение 1 ч. Перегонкой остатка
выделено 4.3 г (33 %) глицидилового эфира гераниола с т. кип. 173-175°С
20
(0.07 мм рт. ст.), nD 1.4823.
Трифлат 2-гидрокси-3-(3,7-диметилокта-2,7-диенил)пропилтрифе-нилфосфония. К раствору 2.8 г трифенилфосфина в 30 мл безводного хлористого мегилена, через который барботировали сухой аргон, при -10°С при перемешивании прибавляли по каплям 1.6 г трифторметансульфокис-лоты в растворе 10 мл хлористого метилена. К полученной смеси при -10°С в токе сухого аргона при перемешивании прибавляли по каплям 2.1 г глицидилового эфира гераниола в растворе 10 мл хлористого метилена. Смесь выдерживали ~12 ч при ~20°С и вакуумировали 2 ч при 0.5 мм рт. ст. В остатке получили 5.9 г (89 %) трифлата 2-гидрокси-3-(3,7-диметилокта-2,7-диенил)пропилтрифенилфосфония в виде масла. ИК спектр, v, см 3420 о.ш і/(0-Н); 3063 ср v (=С-Н, Аг); 1658 сл, 1637 сл v (С=С); 1580 ср, 1480 с, 1435 v(C=C,Ar); 1038 с v(CH2-0-CH2).
1-Гидрокси-3,7-диметилокта-2,6-диенил-0,0-диметилфосфонат.
К смеси 6.6 г цитраля и 5.4 г триметилфосфита при ~20°С в токе сухого аргона при перемешивании прибавляли по каплям 2.6 г уксусной кислоты, разбавленной 2 мл безводного бензола. Смесь нагревали 1.5 ч при 50°С при перемешивании, выдерживали -12 ч при ~20°С и выпаривали 2 ч в вакууме (1 и 0.07 мм рт. ст.) при 40°С. Из остатка (9.8 г) отбирали аликвоту (2.0 г), которую хроматографировали на колонке (силикагель, элюент - этил-ацетат). Выделено 0.8 г 1-гидрокси-3,7-диметилокта-2,6-диенил-0,0-
20
диметилфосфоната, Rf 0.78 (этилацетат), nD 1.4850. ИК спектр, v, см'1: 3330 о.с.ш [v{0-H)]; 2968 с, 2932 с, 2865 ср [ЦСН3 as, s; СН2 as, s]; 1670 сл, 1640 сл, 1600 [ v(C=C)]; 1450 ср [<5(СН3 as)]; 1245 [v<P=0)]; 1050 о.с.ш [v(P)0-C]; 840 с [КрОг as, s)]. Спектр ЯМР |3С, CDC13, 8, м.д., J, Гц (в скобках приведен вид сигнала в спектре ЯМР ЬС-{‘Н}): 141.57 и 140.78 два м (два д) (С3, Vpccc 12.2 и 10.5); 130.98 и 130.69 два м (два с) (С7);
123.22 и 123.14 два д. м (два с) (С6, 7НС 148.3 и 149.0); 119.92 д. м (с) (С2, 'Лгс 156.3), 119.53 уш. д. д (д) (С2, ]JHC 159.3 > 3^нссс 7.8,2УРСС 2.0); 64.78 д. д (д) (С1, 7рС 165.8 , %с 141.2), 64.72 д. д (д) (С1, ‘УРС 165.7, 'УНс 142.0); 52.47 и 52.49, 52.60 и 52.62 четыре уш. к. д (четыре уш. д) (ОСНз, '/не 148.1-147.8, Vpoc 6.0-7.4); 39.80 т. м (с) (С4, %с 129.8), 38.97 уш. т. м (д) (С4, %с 126.6, Vpcccc 1-5); 31.83 т. м (уш. с) (С5, %с 126.2); 24.70 уш. к (уш. с) (%с 125.8), 25.61 уш. к. м (д) (%с 126.2), 16.77 уш. с (%с 127.5) (СН3). Масс-спектр (70 эВ), т/г (Iomw %): 262 [М+‘] (17). Найдено, %: Р 11.64. С12Н2304Р. Вычислено, %: Р 11.84. М262.2.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-АНТ (№ 03-03-96208).
Литература
[1] Hemming F.W. // Bioscience Rep. 1982. V. 2. P. 203-221.
[2] Keenan R.W., Fischer J.В., Kruczek ME. // Arch. Biochem. 1977. V. 179. P. 634-642.
[3] Oda-Tamai S., Kato S., Нага S., Akamatsu N. // J. Biol. Chem. 1985. V. 200. P. 57- 63.
[4] Park R.B., Bonner J. // J. Biol. Chem. 1958. V. 233. P. 340.
[5] Agranoff B.W., EggererH., Henning U., LynenF. //J. Biol. Chem. 1960. V. 235. P. 326.
[6] Crutchfield M.M., DunganC.H., Letcher J.H., Mark V., Van Wazer j.R. Topics in phosphorus chemistry. P31 Nuclear magnetic resonance. / Eds. by M. Grayson, E.J. Griffith. New York, London, Sidney. 1967. V. 5.492 p.
[7] Шагидуллин P.P., Чернова А.В., Виноградова B.C., Мухаме-тов Ф.С. Атлас ИК-спектров фосфорорганических соединений (интерпретированные спектрограммы). - М. 1984. 336 с.
