Синтез биоконъюгатов для бор-нейтронозахватной терапии рака на основе бис(1,2-дикарболлид)кобальта реакцией медь(i)катализированного [3+2]-циклоприсоединения Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

110

Химия

Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2013, № З (1), с. 110-114

УДК 546.271+546.73+547.791

СИНТЕЗ БИОКОНЪЮГАТОВ ДЛЯ БОР-НЕЙТРОНОЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ РАКА НА ОСНОВЕ БИС(1,2-ДИКАРБОЛЛИД)КОБАЛЬТА РЕАКЦИЕЙ МЕДЬ(1)-КАТАЛИЗИРОВАННОГО [3+2] -ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ

© 2013 г. И.Д. Косенко, И.А. Лобанова, В.И. Брегадзе

Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва

[email protected]

Поступила в редакцию 07.11.2012

Описан синтез 1,2,3-триазольных производных бис(1,2-дикарболлид)кобальта с использованием 1,3-диполярного циклоприсоединения реакции [3+2]-циклоприсоединение, а именно «с1іск»-методологии. Показано, что взаимодействие азидопроизводных бис(1,2-дикарболлид)кобальта с производными бис(1,2-дикарболлид)кобальта с терминальной ацетиленовой группой приводит к 1,2,3-триазолам с металлакарбора-новыми заместителями в положениях 1 и 4. Показана возможность введения галогена в металлакарборано-вый заместитель синтезированных 1,2,3-триазолов.

Ключевые слова: бис(1,2-дикарболлид)кобальта, азиды, терминальные ацетилены, 1,2,3-триазолы, «cHck»-методология, галогенирование.

Введение

Одним из новых и перспективных методов лечения рака является бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) [1-4]. Для дальнейшего развития этого метода необходимо получение новых борсодержащих лекарственных препаратов, способных селективно накапливаться в тканях опухоли. Метод БНЗТ основан на селективном накоплении атомов нерадиоактивного изотопа 10В в раковых клетках и последующей их обработке потоком эпитепловых нейтронов. Облучение приводит к селективному разрушению клеток опухоли, при этом практически не затрагивая окружающую здоровую ткань [1, 2, 4].

Борсодержащие препараты должны избирательно накапливаться в тканях опухоли в концентрациях, достаточных для протекания внутриклеточной ядерной реакции. Поэтому существенное значение приобретает количество атомов бора в синтезируемых препаратах. Кроме того, важна направленная доставка бора к опухоли, которую могут осуществлять биооргани-ческие соединения, в частности, аминокислоты, углеводы и нуклеозиды [4-6].

1,2,3-Триазолы являются интересными спей-серами между борной и транспортной частью, так как они химически инертны. Поэтому представляется актуальным синтез соединений, содержащих как триазольный, так и металлакар-борановый фрагменты.

«Ою^-реакцию, которую широко используют в органической и биоорганической химии [7], мы ранее использовали между алкинами и азидопроизводными на основе бис(1,2-дикар-боллид)кобальта [8].

В данной работе мы представляем синтез различных 1,2,3 -триазольных производных бис(дикарболлид)кобальта с двумя металлакар-борановыми фрагментами в положениях 1 и 4. Также нами изучена реакция галогенирования металлакарборановых фрагментов, связанных с

1,2,3-триазолами.

Обсуждение результатов

Производные бис(дикарболлид)кобальта [3,3’-Co(1,2-C2B9Hll)2]- обладают высокой химической устойчивостью, низкой токсичностью, хорошей растворимостью в воде и достаточно высокой липофильностью [9]. Вследствие этого, в последнее время они привлекают все большее внимание для создания на их основе препаратов для БНЗТ.

В нашей работе мы использовали в качестве исходных соединений алкинильные и азидопроизводные бис(1,2-дикарболлид)кобальта, полученные реакцией нуклеофильного раскрытия циклов диоксанового или тетрагидропираново-го производных бис(1,2-дикарболлид)кобальта [4-6, 8].

Взаимодействие азида 1 и алкина 3 в соотношении 1:1 в кипящем ацетонитриле в присутствии катализатора (^^ и основания привело после переосаждения CsQ к образованию комплекса 5 с выходом 78 % (схема 1).

Аналогично из пар комплеков 1 и 4 или 2 и 3 синтезированы содержащие различные спейсе-ры соединения 7 и 6 соответственно.

За ходом реакции синтеза триазольных производных следили по спектрам ЯМР 1Н. Клю-

5 (Х=У=СИ2),

6 (Х=0, У=СИ2),

7 (Х=СН2, У=0)

Схема 1

чевым моментом было появление сигнала триа-зольной группы и исчезновение сигнала протона от ацетиленовой группы.

В спектрах ЯМР :Н комплексов 5 - 7 наблюдаются сигналы протонов триазольной группы 5 = 7.8-8.9 м.д., 1 или 2 характерных синглета в области 5 = 4.1-4.7 м.д. от протонов, которые связаны с атомами углерода, входящими в состав дикарболлидных лигандов. В спектрах ЯМР :Н комплексов 5, 7 присутствуют пять сигналов от тетрагидропиранового спейсера: триплет от протонов - OCH2 - в области 4.4-4.5 м.д., триплет от протонов - NCH2 - при 3.4-3.5 м.д. и три мультиплета от - (СН2)2 - в области

1.3-2.1 м.д. Для комплекса 6 наблюдаются 4 сигнала от диоксанового спейсера: 3 сигнала от

- OCH2 - в области 4.8-3.4 м.д. и сигнал от

- NCH2 - 3.6-3.3 м.д. В спектрах ЯМР ПВ всех комплексов имеются синглеты в области 23.0-

24.0 м.д. от замещенного атома бора в 8 положении при раскрытом диоксониевом или тетра-гидропирановом цикле. В спектрах ЯМР 13С для

1.2.3-триазолов 5 - 7 наблюдаются сигналы от двух атомов углерода в триазольном фрагменте в области 145-149 (узловой атом) и в области 121 -125 м.д. В масс-спектрах 5 - 7 присутствует молекулярный ион.

Мы исследовали галогенирование ранее полученных 1,2,3 -триазольных производных бис(1,2-дикарболлид)кобальта [8]. При взаимодействии комплекса 8 с ^бромсукцинимидом в кипящем ТГФ прошло замещение атома водорода на бром при атоме бора в незамещенном карборановом лиганде в положении 8 (схема 2).

Строение полученного комплекса 9 подтверждено данными ЯМР 'Н, 13С, ПВ и масс-спектрометрии. Так, в спектре ЯМР 11В имеется синглет от атома бора, связанного с атомом кислорода при 21.7 м.д. Второй синглет наблюдается от атома бора, связанного с атомом брома, при 5.4 м.д., что характерно для 8-бромзамещенных бис(1,2-дикарболлидов) [10, 11]. Аналогичное замещение происходило в реакции комплекса 10 с иодом в метаноле при кипячении (схема 3).

Возможность замещения атома галогена на функциональные группы или биоорганические молекулы, которые могут селективно доставлять препараты в опухолевые клетки, является важным для использования препаратов в БНЗТ.

Все полученные вещества устойчивы на воздухе в твердом виде, а в растворах медленно разлагаются. Синтезированные соединения представляют собой оранжевые кристаллические вещества, хорошо растворимые в Ме2СО, МеОН, ЕЮН, МеСК, умеренно растворимые в

O

А

N-Br

І

O

Схема 2

ТГФ, А

8

І2, MeOH, А

10

Схема З

CH2CI2, CHCI3, Et2O и плохо растворимые в воде, бензоле и н-гексане.

Таким образом, нами отработана «click»-методология для получения комплексов, содержащих 36 атомов бора, где 1,2,3 -триазолы содержат в положениях и 1 и 4 кобальт бис(1,2-дикарболлид)ные заместители. Показана возможность введения второго заместителя в свободный карборановый остов галогенированием металлокарборановых фрагментов, связанных с

1,2,3 -триазолами.

Экспериментальная часть

Спектры 1H, 11B, 11B{1H} и 13C ЯМР регистрировали на приборах Bruker AM300, Bruker Avance-400 и Bruker Avance-600. Остаточный сигнал ЯМР растворителя по отношению к тет-раметилсилану принят в качестве внутреннего стандарта для 1H ЯМР и 13C ЯМР-спектров. Для спектров ЯМР 11B в качестве внешнего стандарта - BF3^Et2O.

Масс-спектры методом электронного удара (EI-MS) были зарегистрированы на приборе Kratos MS890, работающем в диапазоне масс m/z 50-800. Масс-спектры отрицательного иона методом ионизации электроспреем (ESI) были зарегистрированы на приборе микроOTOF II (Bruker

Ба^оп^Х работающем в диапазоне масс 50-

3000. Масс-спектры методом МАЬБІ были зарегистрирован^! на приборе Вгикег Daltonics АШоАех II с использованием в качестве матрицы транс-2-[3-(4-трет-бутилфенил)-2-метил-2-пропилиден]ма-лононитрил (DCTB).

Ход реакций контролировали с помощью тонкослойной хроматографии на пластинках КіезеІ^еІ 60 Б245 (Мегек). Для колоночной хроматографии использовался силикагель Аего8 ог§апіе8 (0.060-0.200 мм). Все растворители были очищены и осушены согласно стандартным методикам. Соединения 1, 3, 4 синтезированы по ранее опубликованной методике [8]. Синтез соединения 2 описан в статье [5].

Общая методика получения

1,2,3-триазолов (5 - 7)

К раствору азида в 20 мл ацетонитрила добавили алкин, 5 мг СиІ и 1-2 капли триэтиламина, кипятили 24-60 ч при перемешивании. После охлаждения отфильтровали реакционную смесь и упарили растворитель. Остаток растворили в небольшом количестве ацетона и добавили водный раствор С8С1. Отфильтровали полученный желтый осадок, высушили на воздухе, перекри-сталлизовали из смеси МеС№СН2С12:н-гексан. Отфильтровали и высушили в вакууме.

Комплекс 5

Из 0.12 г (0.23 ммоля) соединения 2 и 0.12 г (0.23 ммоля) соединения 4 за 44 ч получено 0.21 г (78%). Спектр ЯМР 1Н (ацетон-^6, 5, м.д.): 8.00 (с ушир., 1 Н, ^СИ 4.84-4.54 (м, 4 Н, ОСИ), 4.29 (с, 2 Н, СЯкарб), 4.26 (с, 2 Н, СНкарб), 4.23 (с,

2 Н, СНкарб), 4.18 (с, 2 Н, СНкарб), 4.06-3.99 (м, 2 Н, ОСИ), 3.49-3.44 (м, 4 Н, ОСИ, ОДЫ), 3.12-3.04 (м, 2 Н, СИ), 1.58-1.33 (м, 12 Н, СИ). Спектр ЯМР 13С (ацетон^, 5, м.д.): 143.6 (ОДСН), 121.3 (ОДСН), 70.3, 68.8, 68.4, 65.5 (ОВД, 55.3 (СН2Ы), 54.3, 54.1, 54.0, 46.4 (Скарб), 31.7, 31.1,

29.8, 29.7, 23.6, 22.9, 22.5 (СИ). Спектр ЯМР ПБ

(ацетон-^5, 8, м.д., 3/Гц): 23.0 (с, 2 Б, Б(8) - О), 3.8 (д, 2 В, 3 = 128), 0.1 (д, 2 Б, 3 = 130), -2.5 (д, 2 Б, З = 144), -4.4 (д, 4 Б, 3 = 151), -6.7 + -9.5 (м, 12 В), -17.4 (д, 4 Б, 3 = 151), -20.4 (д, 4 Б, 3 = 156), -22.1 (д, 2 Б, 3 = 164), -28.6 (д, 2 Б, 3 = 114). Масс-спектр ББІ, найдено: т/г 464.3463 [М2-];

[С22Н67Б36Со2К3О3]2-; вычислено: т/г 464.4196.

Комплекс 6

Из 0.10 г (0.19 ммоля) соединения 1 и 0.10 г (0.19 ммоля) соединения 4 за 21 ч получено 0.23 г (70%). Спектр ЯМР 'Н (ацетон-^5, 5, м.д.): 8.26 (с ушир., 1 Н, ^2#), 4.71-4.58 (м, 2 Н, ОСИ), 4.26 (с, 2 Н, СНкарб), 4.19 (с, 2 Н, СНкарб), 4.17 (с, 2 Н, СНкарб), 4.12 (с, 2 Н, СНкарб), 4.05-3.91 (м, 2 Н, СИО), 3.68-3.62 (м, 2 Н, СИО), 3.61-3.54 (м, 4 Н, СИО), 3.48-3.40 (м, 4 Н, СИО, СИ^), 3.10-3.01 (м, 2Н, (^С^СИ), 1.64-1.54 (м, 2 Н, СИ), 1511.45 (м, 2 Н, СИ), 1.41-1.33 (м, 2 Н, СИ). Спектр ЯМР 13С (ацетон-<І6, 5, м.д.): 145.7 (С^СН), 121.5 (ОДСН), 73.9, 71.8, 69.3, 69.0, 65.4, 65.2 (СНО), 49.2 (ОДМ), 54.2, 52.8, 46.8, 46.5 (Скарб), 31.8, 29.9, 23.6, 21.8 (СИ). Спектр ЯМР ПБ (ацетон-^6, 8, м.д., 3/Гц): 23.7 (с, 1 Б, Б(8) - О), 23.1 (с, 1 Б, Б(8)

- О), 5.2 (д, 1 В, 3 = 161), 3.8 (д, 1 В, 3 = 142), 0.2 (д, 2 Б, 3 = 132), -2.5 (д, 2 Б, 3 = 142), -4.5 (д, 2 Б,

3 = 142), -6.2 + -10.1 (м, 14 В), -17.3 (д, 4 Б, 3 = = 137), - 20.4 (д, 4 Б, 3 = 149), -21.7 + -25.0 (м, 2 Б), -26.6 + -31.0 (м, 2 Б). Масс-спектр ББІ, найдено: ш^ 465.3631 [М2-]; [С2'Н6зБ36Со2К3О4]2-; вычислено: т/г 465.3957.

Комплекс 7

Из 0.10 г (0.19 ммоля) соединения 2 и 0.10 г (0.19 ммоля) соединения 3 за 21 ч получено 0.15 г (65%). Спектр ЯМР 'Н (ацетон-^5, 5, м.д.): 8.69 (с ушир., 1 Н, ^СИ 4.71-4.47 (м, 2 Н, ОСИ), 4.23 (с, 2 Н, СНкарб), 4.14 (с, 4 Н, СНкарб), 4.07 (с, 2 Н, СНкарб), 4.02-3.91 (м, 2 Н, СН2О), 3.90-3.75 (м, 6

H, СИО), 3.51-3.39 (м, 4 Н, СИО, СНМ), 3.10-

3.03 (м, 2Н, О^ЩСИ), 1.59-1.47 (м, 4 Н, СИ),

I.43-1.32 (м, 2Н, СИ).Спектр ЯМР 13С (ацетон-<і6, 5, м.д.): 149.8 (О^СН), 118.9 (ОДСН), 71.3, 71.2,

70.9, 70.0, 69.9, 68.4 (ОНО), 55.2 (ОДМ), 54.0, 53.0, 46.6, 46.4 (Скарб), 31.1, 29.8, 23.5, 22.7 (СИ). Спектр ЯМР ПБ (ацетон-^6, 8, м.д., 3/Гц): 24.0 (с, 1

Б, Б(8) - О), 23.4 (с, 1 Б, Б(8) - О), 5.7 (д, 1 В, 3 = = 154), 4.3 (д, 1 В, 3 = 130), 0.3 (д, 2 Б, 3 = 113), -2.5 (д, 2 Б, 3 = 130), -3.7 + -5.4 (м, 2 Б), -5.7+ -10.2 (м, 14 В), -17.3 (д, 4 Б, 3 = 97), -20.3 (д, 4 Б,

3 = 118), -21.4 + -24.3 (м, 2 Б), -26.1 + -30.8 (м, 2

Б). Масс-спектр ББІ, найдено: 465.3635 [М2-];

[С21Н65Б36Со2К3О4]2-; вычислено: 465.3957.

Синтез комплекса 9

Раствор 0.10 г (0.15 ммоля) соединения 8 в ТГФ и 0.06 г (0.34 ммоля) #-бромсукцинимида кипятили 7 ч при перемешивании. После охлаждения отфильтровали реакционную смесь и удалили растворитель в вакууме. Остаток растворили в небольшом количестве ацетона и добавили водный раствор С8С1. Полученный осадок хроматографировали на колонке с БіО2 (элюент - СН2С12/МеСК = 5/1). Получено 0.10 г (91%). Спектр ЯМР 'Н (ацетон-^6, 5, м.д., 3/Гц): 8.37 (с, 1 Н, ^С2И, 7.90 (д, 2 Н, РЪ, 3 = 7.0), 7.43 (т, 2 Н, РЪ, 3 = 7.3), 7.33 (т, 2 Н, РЪ, 3 = 7.3), 4.46 (т, 2 Н, ОСИ2, 3 = 7.3), 4.30 (с, 2 Н, СНкарб), 4.25 (с, 2 Н, СНкарб), 3.41 (м, 2 Н, СИМ), 1.97 (м, 2Н, СИ), 154 (м, 2Н, СИ), 139 (м, 2Н, СИ). Спектр ЯМР 13С (ацетон-^6, 5, м.д.): 147.1 (С^СН), 131.8 (п-РЬ), 128.7 (м-Рь), 128.1 (Ор^РЬ)), 125.8 (о-РЬ), 121.1 (С^СН), 68.5 (СН2О), 51.7 (Скарб), 49.9 (СВД, 45.7 (Скарб),

31.1 (СН2), 29.9 (СН2), 23.1 (СН2). Спектр ЯМР ПБ (ацетон-^6, 8, м.д., 3/Гц): 21.7 (с, 1 Б, Б(8) -О), 5.4 (с, 1 Б, Б(8’) - Бг), -1.3 (д, 2 Б, 3 = 133), -6.2 (д, 6 Б, 3 = 142), -7.5 (д, 2 Б, 3 = 149), -18.9 (д, 2 Б, 3 = 137), -19.8 (д, 2 Б, 3 = 145), -25.0 (д,

1 Б, 3 = 151), -27.3 (д, 1 Б, 3 = 127). Масс-

спектр ББІ, найдено: 634.3108 [М-];

[С17Н36Б18БгСоК3О]-; вычислено: 634.3048.

Синтез комплекса 11

Раствор 0.10 г (0.15 ммоля) соединения 10 в метаноле и 0.05 г (0.20 ммоля) иода кипятили 29

4 при перемешивании. После охлаждения отфильтровали реакционную смесь и упарили растворитель. Остаток растворили в небольшом количестве ацетона и добавили водный раствор СвС1. Полученный осадок хроматографировали на колонке с БіО2 (элюент - СН2С12/МеСЫ = 5/1). Получено 0.10 г (83%). Спектр ЯМР 'Н (ацетон-^5, 5, м.д., 3/Гц): 8.32 (с, 1 Н, К3С2Я),

7.91 (д, 2 Н, РЪ, 3 = 7.0), 7.44 (т, 2 Н, РЪ, 3 = 7.6), 7.33 (т, 1 Н, РЪ, 3 = 7.3), 4.64 (т, 2 Н, ОСИ, 3 = 5.1), 4.53 (с, 2 Н, СНкарб), 4.23 (с, 2 Н, СНкарб),

3.92 (т, 2 Н, ОСИ, 3 = 5.4), 3.56 (м, 4 Н, ОСИ СН2Ы). Спектр ЯМР 13С (ацетон-^, 5, м.д.): 146.9 (С^СН), 131.5, 128.7, 127.6, 125.4 (РЪ),

121.1 (С^СН), 71.7, 69.2, 68.2 (ОСН), 56.5 (Скарб), 54.5 (Скарб), 50.0 (ЖН2). Спектр ЯМР ПБ (ацетон-^6, 8, м.д., 3/Гц): 21.6 (с, 1 Б, Б(8) -О), -0.4 (д, 2 Б, 3 = 111), -5.6 (м, 9 Б), -17.9 (д,

2 Б, 3 = 156), -19.9 (д, 2 Б, 3 = 161), -23.2 (д, 1 Б, 3 = 144), -27.2 (д, 1 Б, 3 = 151). Масс-спектр

ESI, найдено: m/z 684.27G9 [M-];

[C16H34B18CoIN3O2]-; вычислено: m/z 684.27G3.

Благодарим Гущина Алексея Владимировича и Малышеву Юлию Борисовну за помощь в работе и регистрацию ЯМР-спектров.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект М 10-03-00698) и гранта ФЦП «Кадры» по мероприятию 1.4 (заявка М 2012-1.4-12-000-1013).

Список литературы

1. Hawthorne M.F. // Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1993. V. 32. P. 95G-984.

2. Soloway A.H., Tjarks W., Barnum B.A., Rong F.G., Barth R.F., Codogni I.M., Wilson J.G. // Chem. Rev. 1998. V. 98. P. 1515-15б2.

3. Сиваев И.Б., Брегадзе В.И. // Рос. хим. журн. 2GG4. Т. 48. С. Ш9-125.

4. Sivaev I.B., Bregadze V.I. // Eur. J. Inorg. Chem. 2009. P. 1433-1450.

5. Wojtczak B.A., Andrysiak A., Gruner B., Lesnikowski Z.J. // Chem. Eur. J. 2008. V. 14. P. 1067510682.

6. Bregadze V.I., Semioshkin A.A., Las’kova J.N., Berzina M.Ya., Lobanova I.A., Sivaev I.B., Grin M.A., Titeev R.A., Brittal D.I., Ulybina O.V., Chestnova A.V., Ignatova A.A., Feofanov A.V., Mironov A.F. // Appl. Organometal. Chem. 2009. V. 23. P. 370-374.

7. Kolb H.C., Sharpless K.B. // Drug Discovery Today. 2003. V. 8. P. 1128-1137.

8. Косенко И.Д., Лобанова И.А., Чекулаева Л.А., Годовиков И.А., Брегадзе В.И. // Изв. АН. Сер. хим. 2012 (в печати).

9. Sivaev I.B., Bregadze V.I. // Collect. Czech. Chem. Commun. 1999. V. 64. P. 783-805.

10. Matel L., Macasek F., Rajec P., Hermanek S., Plesek J. // Polyhedron. 1982. V. 1. P. 511-519.

11. Косенко И.Д., Лобанова И.А., Сиваев И.Б., Петровский П.В., Брегадзе В.И. // Изв. АН, Сер. хим.

SYNTHESIS OF BIOCONJUGATES FOR BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY OF CANCER BASED ON COBALT BIS(1,2-DICARBOLLIDE) VIA THE [3+2] CU(I) CATALYZED CYCLOADDITION

OF AZIDES TO ALKYNES

I.D. Kosenko, I.A Lobanova, V.I. Bregadze

The paper describes the synthesis of 1,2,3-triazole derivatives of bis (1,2-dicarbollide) cobalt using 1,3-dipolar cycloaddition reaction of [3 +2] cycloaddition, namely the «click»-methodology.

It is shown that the interaction of azido derivatives of cobalt bis (1,2-dicarbollide) with derivatives of cobalt bis (1,2-dicarbollide) with a terminal acetylene group leads to 1,2,3-triazoles with metal carboran substitutes at sites 1 and 4. The possibility is shown of introducing a halogen into the metal carboran substitute of the synthesized 1,2,3-triazoles.

Keywords: cobalt bis(1,2-dicarbollide), azides, terminal acetylenes, 1,2,3-triazoles, click chemistry methods, halogenation.

2011. Т. 11. С. 2308-2311.