Синтез катионных производных хлорина е 6 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Porphyrins Порфирины

Макрогэтэроцмклы

http://macroheterocycles.isuct.ru

Communication Сообщение

DOI: 10.6060/mhc140931g

Синтез катионных производных хлорина е6

О. И. Гущина,@ Е. А. Ларкина, А. Ф. Миронов

Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, 119571 Москва, Российская Федерация @Е-тай: ms.gushchina@inbox.ru

Осуществлён синтез положительно заряженных соединений хлорина е6 путём метилирования NN диметиламиноамидов хлорина е. Целевые соединения получены в мягких условиях с высоким выходом, а их структура подтверждена физико-химическими методами (ИК, 1Н ЯМР спектроскопия, масс-спектрометрия).

Ключевые слова: Хлорин е6, синтез, антимикробная ФДТ.

Synthesis of Cationic Derivatives of Chlorin e6

Olga I. Gushchina,@ Ekaterina A. Larkina, and Andrey F. Mironov

M.V. Lomonosov State University of Fine Chemical Technologies, 119571 Moscow, Russian Federation @Corresponding author E-mail: ms.gushchina@inbox.ru

A synthesis of cationic photosensitizers based on aminoamide derivatives of chlorin e6 is performed. For the disclosure of exocycle of the initial compound - methyl ester ofpheophorbide a (1), we used the reaction of opening cyclopentanone part with primary aliphatic amines (N,N-dimethylethylenediamine, N,N-dimethylpropylenediamine). The reaction was carried out at mild conditions in chloroform with heating to 40 °C. We have succeeded in reducing the reaction time to 2 hours and in increasing the yield of the reactions to 65 %. Then, we performed reaction of methylation of the compounds obtained 2a,b by adding excess of methyl iodide in chloroform at room temperature for 10-30 minutes. The yields of compounds 3a,b were 91-95 %%. The structure of all compounds obtained was confirmed by means of electronic, IR, 1H NMR spectroscopy and mass-spectrometry. Thus, in this paper we propose a reliable scheme of synthesis of positively charged chlorin's photosensitizers which are promising agents for antimicrobial PDT.

Keywords: Chlorin e,, synthesis, antimicrobial photodynamic therapy (PDT).

Метод фотодинамической терапии (ФДТ), активно развивающийся в последние 20-25 лет, первоначально был предложен для лечения раковых заболеваний.[1-4] Однако в последнее время метод ФДТ всё более широко используется в иных областях медицины, включая офтальмологию,[5] стоматологию,[6] косметологию и антимикробную терапию.[7-11] В основе антимикробной ФДТ лежит фотохимическая деструкция патогенных микроорганизмов с использованием окрашенных веществ - фотосенсибилизаторов (ФС) и последующим

414 © ISUCT Publishing

облучением светом определённой длины волны. Объектами антимикробной ФДТ являются вирусы, бактерии, грибы и простейшие микроорганизмы. Среди микробных патогенов наиболее устойчивыми к различным типам воздействий являются грамотрица-тельные бактерии.[12-14] Однако, при использовании ФДТ наличие отрицательного заряда на внешней поверхности бактериальных клеток облегчает селективную адсорбцию ФС с положительным зарядом, а последующее облучение лазером приводит к образованию

Макрогетероциклы /МасгоИе(егосус!е8 2014 7(4) 414-416

O. I. Gushchina et al.

Схема 1.

активных форм кислорода и разрушению патогенов. [15-17] В связи с вышеизложенным в настоящей работе синтезированы катионные производные хлорина е6.

В данной работе предложен синтез катионных ФС на основе аминоамидных производных хлорина е6 Наиболее удобным способом получения подобных производных является реакция размыкания циклопентанонового фрагмента феофорбида а. Для раскрытия экзоцикла исходного соединения - метилового эфира феофорбида а (1) мы использовали первичные амины (Ы,Ы-диметилэтилендиамин, ДЖ-диметилпропилендиамин).§ Реакцию проводили в хлороформе в темноте в инертной атмосфере и нагревании до 40 °С (Схема 1). Ранее при проведении аналогичных реакций размыкания экзоцикла феофорбида а первичными алифатическими аминами нами было показано, что оптимальное соотношение молярного избытка амина по отношению к фео-форбиду составляет 40:1, т.к. это позволяет существенно сократить время протекания реакции (до 1.5-2 часов) и обеспечить выход целевых соединений до 70 %.[18] Ход реакции контролировали с помощью ТСХ и электронной спектроскопии, по гипсохромному сдвигу полос Q и Соре с 668 и 413 нм до 663 и 403 нм, соответственно. Полученные соединения 2а,Ь очищали с помощью колоночной хроматографии на силикагеле. Чистота и структура Ж',Ж'-диметиламиноалкиламидных производных хлорина е6 2а,Ь подтверждены с помощью ИК, 1Н ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии.§

Далее проводили метилирование полученных соединений 2а,Ь путём добавления избытка иодистого метила.* Реакцию проводили в хлороформе при комнатной температуре в течение 10-30 минут. Ход реакции контролировали с помощью ТСХ. Выход соединений 3а,Ь составил 91-95 %. Их структура доказана с помощью электронной, ИК, 1Н ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии.* Наличие положительно заряженного атома азота, отделённого от макроцикла одной и двумя метиленовыми группами практически не сказывается

на положении основных полос поглощения в электронном спектре. ИК-спектры соединений 2a,b и 3a,b были практически аналогичными и имели следующие характеристические чистоты 3316 см-1 - валентные колебания NH-группы, 1738 см-1, - С=О-группа в СООСН3, 16391625 см-1 и 1550-1543 см-1 - полосы амид I и амид II. В тоже время введение метильной группы вносило существенные изменения в спектр 1Н ЯМР, а именно сдвиг сигнала от метильных групп при атоме азота в более слабое поле у иодида 13(1)-Ж-(2-триметиламмониоэтил) амида-15(2),17(3)-диметилового эфира хлорина е6 (3a) по сравнению с 13(1)-Ж-(2-Ж',Ж'-диметиламиноэтил) амидом-15(2),17(3)-диметиловым эфиром хлорина е6 (2a) с 2.25 до 2.57 м.д. соответственно, что свидетельствует о наличии положительного заряда на атоме азота. Полученные катионные соединения не растворимы в воде, но хорошо растворимы в хлороформе, ацетоне и этаноле.

Таким образом, в данной работе предложена надёжная схема синтеза положительно заряженных производных хлорина е , перспективных с точки зрения дальнейшего исследования в качестве фотосенсибилизаторов для антимикробной ФДТ.

Список литературы и примечания

Notes and References

§13(1)-Ы-(2-Ы',Ы'-Диметиламиноэтил)амид-15(2),17(3)-диметиловый эфир хлорина е6 (2a). К раствору 50 мг (0.082 ммоль) метилового эфира феофорбида а (1) в 2 мл хлороформа добавляли 0.36 мл (3 ммоль) ДА'-диметилэтилендиамина. Реакционную смесь перемешивали в течение 2 часов в темноте в инертной атмосфере при нагревании до 40 °С. Реакционную смесь промывали водой до нейтрального значения рЯ. Органический слой отделяли, сушили над Na2SO4, отфильтровывали, растворитель упаривали досуха и получали

Synthesis of cationic derivatives of chlorin е

технический ДА'-диметиламиноэтиламид хлорина е, далее очищали методом колоночной хроматографии (1.2x10 см) на силикагеле. Элюировали смесью хлороформ-изопропанол 30:1 (по объему). Выход 37 мг (65 %). ЭСП (CHCl3) Хшкс нм: 403.0; 502.3; 529.8; 663.2. 'Н ЯМР (CDCl3) 5 м.д.: 9.70 (7Н, с, 10-Н); 9.63 (1Н, с, 5-Н); 8.81 (1Н, с, 20-Н); 8.05 (1Н, дд, J=15.6 Гц, J=11.4 Гц, 3(1)-Н); 7.11 (1Н, уш. м, 13(1)-NH (амид)); 6.34 (1Н, д, J=15.6 Гц, 3(2)-Н (транс)); 6.12 (1Н, д, J=11.4 Гц, 3(2)-Н (цис); 5.57 и 5.31 (2Н, все д, J=18.9 Гц, 15(1)-СН2); 4.48-4.39 (2Н, м,

17-Н, 18-Н); 3.98-3.92 (4Н, м, 8(1)-СН2), 3.80 (2Н, м, СО-NH-СЯ2); 3.75 (3Н, с, 15(3)-СН3); 3.63 (3Н, с, 12(1)-СН3); 3.57 (3Н, с, 2(1)-СН3); 3.49 (3Н, с, 7(1)-СН3); 3.32 (3Н, с, 17(3)- СН3), 2.75 (2Н, м, 7(1)-СН2); 2.58-2.53 (2Н, м, 13(2)-СН2); 2.25 (6Н, м, 13(3)-(СН3)2,); 1.76-1.71 (8Н, м, 8(2)-(СН3), 17(2)-СН2, 18(1)- СН3); -1.59 (1Н, уш. с, I - NH); -1.79 (1Н, с, III - NH). Масс-спектр, m/z: 694.320 [M+]. Для C40H50N6O5 вычислено Mr 694.384.

13(1)-Ы-(3-Ы',Ы'-Диметиламинопропил)амид-15(2),17(3)-диметиловый эфир хлорина е6 (2b). Получали аналогично соединению 2a. Выход 35 мг (55 %). ЭСП (CHCl3) Хмакс нм: 403.2; 502.0; 663.0. 'НЯМР (CDCl3) 5 м.д.: 9.71 (1Н, с, 10-Н); 9.64 (1Н, с, 5-Н); 8.80 (1Н, с, 20-Н); 8.07 (1Н, дд, J=16.4 Гц, J=11.2 Гц, 3(1)-Н); 7.12 (1Н, уш. м, 13(1)-NH (амид)); 6.37 (1Н, д, J=16.4 Гц, 3(2)-Н (транс)); 6.10 (1Н, д, J=11.2 Гц, 3(2)-Н (цис); 5.56 и 5.31 (2Н, все д, J=18.3 Гц, 15(1)-СН2); 4.46-4.38 (2Н, м, 17-Н,

18-Н); 4.01-3.95 (4Н, м, 8(1)-СН2), 3.81 (2Н, м, CO-NH-CH2); 3.76 (3Н, с, 15(3)-СН3); 3.62 (3Н, с, 12(1)-СН3); 3.56 (3Н, с, 2(1)-СН3); 3.46 (3Н, с, 7(1)-СН3); 3.31 (3Н, с, 17(3)-СН3), 2.73 (2Н, м, 17(1 )-СН2); 2.56-2.51 (4Н, м, 13(2)-(СН2)2); 2.25 (6Н, м, 13(4)-(СН3)2,); 1.74-1.70 (8Н, м, 8(2)-(СН3), 17(2)-СН2, 18(1)-СН3); -1.60 (1Н, с, I - NH); -1.92 (1Н, с, III - NH). Масс-спектр, m/z: 708.121 [M+]. Для C41H53N6O5 вычислено Mr 708.400.

#Иодид 13(1)-М-(2-триметиламмониоэтил)амид-15(2), 17(3)-диметиловый эфир хлорина е6 (3a). К раствору 30 мг (0.043 ммоль) N.N-диметиламиноэтиламида хлорина е6 в 1.5 мл хлороформа добавляли 1 мл (0.016 моль) метилиодида. Реакцию проводили при перемешивании при комнатной температуре в течение 30 минут. Растворитель упаривали досуха. Полученное соединение 3a очищали методом колоночной хроматографии (1.2x6 см). Элюировали смесью хлороформ-метанол 15:1 (по объему). Выход 29 мг (95 %о). ЭСП (CHCl3) Хмакс нм: 403.0; 502.3; 663.0. 'Н ЯМР (CDCl3) 5 м.д.: 9.49 (1Н, с, 10-Н); 9.43 (1Н, с, 5-Н); 8.75 (1Н, с, 20-Н); 7.71 (1Н, дд, J=15.8 Гц, J=11.7 Гц, 3(1)-Н); 7.43 (1Н, уш. м, 13(1)-NH (амид)); 6.05 (1Н, д, J=15.8 Гц, 3(2)-Н (транс)); 5.84 (1Н, д, д, J=11.7 Гц, 3(2)-Н (цис); 4.93 (2Н, м, 15(1)-СН2); 4.46-4.29 (2Н, м, 17-Н, 18-Н); 3.60-3.57 (6Н, м, 8(1)-СН2, 13(2)-СЯ^(СН3)3 13(3) СО-NH-CH2); 3.26 (3Н, с, 15(3)-СН3); 3.23 (3Н, с, 12(1)-СН3); 3.10 (3Н, с, 2(1)-СН3); 2.57 (9Н, с, 13(3)-N(СН3)3,); 2.17 (2Н, м, 17(2)-СН2); 1.74-1.63 (12Н, м, 8(2)-(СН3), 18(1)- СН3, 17(3)-СН3, 7(1)-СН3); -1.59(1Н, с, I - NH); -1.84 (1Н, с, III - NH). Масс-спектр, m/z: 709.469 [M+]. Для C41H53N6O5 вычислено Mr 709.408.

Иодид 13(1)-М-(3-триметиламмотопропил)амид-15(2), 17(3)-диметиловый эфир хлорина е6 (3b). Получали аналогично соединению 3a. Выход 29 мг (91 %). ЭСП (CHCl3) Хмакс нм: 403.2; 502.0; 663.0. 'Н ЯМР (CDCl3) 5 м.д.: 9.59 (1Н, с, 10-Н); 9.49 (1Н, с, 5-Н); 8.80 (1Н, с, 20-Н); 7.86 (1Н, дд, J=15.7 Гц, J=10.9 Гц,

3(1)-Н); 7.12 (1Н, уш. м, 13(1)-NH (амид)); 6.14 (1Н, д, J=15.7 Гц, 3(2)-Н (транс)); 5.90 (1Н, д, J=10.9 Гц, 3(2)-Н (цис); 5.12 и 4.96 (2Н, все д, J=18.2 Гц, 15(1)-СН2); 4.47-4.27 (2Н, м, 17-Н, 18-Н); 4.01-3.95 (4Н, м, 8(1)-СН2), 3.59 (3Н, с, 15(3)-СН3); 3.57 (3Н, с, 12(1)-СН3); 3.36 (3Н, с, 2 (1)-СН3); 3.26 (3Н, с, 7(1)-СН3); 3.12 (3Н, с, 17(3)-СН3); 2.60 (2Н, м, 17(1)-СН2); 2.19 (9Н, с, 13(4)-N(CH3)3,); 1.72-1.58 (6Н, м, 13(2)-СН2, 13(3)-С#^(СН3)3, CO-NH-CH^ 1.28-1.25 (8Н, м, 8(2)-(СН3), 17(2)-СН2, 18(1)-СН3); -1.67(1Н, с, I - NH); -1.95 (1Н, с, III - NH). Масс-спектр, m/z. 723.341 [M+]. Для C42H55N6O5 вычислено Mr 723.423.

Электронные спектры были записаны на спектрофотометре JASCO UV/VIS 7800 (Япония) в диапазоне 350-750 нм в хлороформе. ИК-спектры (плёнка, KBr) снимали на ИК-Фурье спектрофотометре Brucker Equinox 55 (Германия). Масс-спектры записаны на приборе Ultraflex TOF/TOF с использованием метода MALDI, матрица - 2,5-дигидроксибензойная кислота. 1Н ЯМР спектры регистрировали на спектрометре Bruker DPX-300 (Германия) в CDCl3.

1. Mironov A.F. Uspekhi Khimii 2013, 82, 333-351.

2. Kessel D., Korbelik M., Moan J., Mroz P., Nowis D., Piette J., Wilson B.C., Golab J. et al. CA Cancer J. Clin. 2011, 61, 250281.

3. Plaetzer K., Krammer B., Berlanda J., Berr F., Kiesslich T. LazerMed. Sci. 2009, 24, 259-268.

4. Vicente M.G.H. Curr. Med. Chem. - Anti-Cancer Agents 2001, 1, 175-194.

5. Spaide R.F., Sorenson J., Maranan L. Ophthalmology 2005, 112, 301-304.

6. Jurczyszyn K., Gerber H., Osiecka B.J. Dent. Med. Probl. 2007, 44, 255-258.

7. Carpenter B., Feese E., Sadeghifar H., Argyropoulos D.S., Ghiladi R.A. Photochem. Photobiol. 2012, 88, 527-536.

8. Ahmed A., Daneshtalab M. Pharm. Pharmaceut. Sci. 2012, 15, 52-72.

9. Feese E., Sadeghifar H., Gracz H., Argyropoulos D.S., Ghiladi R.A. Biomacromolecules 2011, 12, 3528-3539.

10. Garland M.J., Cassidy C.M., Woolf son D., Donelly R.F. Future Med. Chem. 2009, 1, 667.

11. Almeida A., Cunha A., Faustino M. A. F., Tome A.C., Neves M.G.P.M.S. Photochem. Photobiol. Sci. 2011, 10, 1691-1700.

12. Malik Z., Hanania J., Nitzan Y. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1990, 5, 281-293

13. Jori G. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 2011, 8, 124.

14. Caruso E., Banfi S., Barbieri P., Leva B., Orlandi V.T. Photochem. Photobiol. B: Biol. 2012, 114, 44-51.

15. Grin M.A., Mironov A.F., Shtil A.A. Anti-Cancer Agents Med. Chem. 2008, 8, 683-697.

16. Wilson B.C. Comprehensive Biomedical Physics 2014, 10, 205-230.

17. Ethirajan M., Chen Y., Joshi P., Pandey R.K. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 340-362.

18. Gushchina O.I., Larkina E.A., Nikol'skaya T.A., Mironov A.F. Bull. №27 (27.09.2014) Inventions. Useful Models. 2014, Application №2014123592/04.

Received 17.09.2014 Accepted 30.10.2014