CC BY
31
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ____________________
Синтез, строение и биологическая активность новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния на основе а-амино- и а-гидроксикислот
А.А.Николин1, С.И.Крупина4, Д.Е.Архипов3, Е.П.Крамарова1, А.А.Корлюков3, А.Н.Шкопоров2, А.Г.Шипов1, Л.И.Кафарская2, Ю.И.Бауков1, В.В.Негребецкий1
Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И.Пирогова, кафедра химии лечебного факультета, Москва (зав. кафедрой — проф. В.В.Негребецкий);
2Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И.Пирогова, кафедра микробиологии и вирусологии педиатрического факультета, Москва (зав. кафедрой — проф. Л.И.Кафарская);
3Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова, Москва (директор — акад. РАН, проф. Ю.Н.Бубнов);
4Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва (ректор — проф. В.А.Колесников)
~1 Осуществлен синтез восьми новых соединений гипервалентного кремния. Строение соединений подтверждено современными физико-химическими методами — мультиядерной спектроскопией ядерного магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопией, рентгеноструктурным анализом. Выполненный прогноз биологической активности свидетельствует о том, что комплексы гипервалентного кремния могут проявлять кардиопротекторные свойства, а также на их основе могут быть разработаны лекарственные средства для лечения бокового (латерального) амиотрофического склероза. Для всех исследованных соединений прогнозируемая низкая токсичность подтверждена изучением цитотоксичности веществ на модели тканевых и бактериальных культур.
Ключевые слова: соединения гиперкоординированного кремния, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, _1 инфракрасная спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, биологическая активность
Synthesis, Structure and Biological Activity of Novel Pentacoordinated Zvitter-lonic Complexes of Silicon on the Base of а-Amino- and a-Hydroxyacids
A.A.Nikolin1 , S.I.Krupina4, D.E.Arkhipov3, E.P.Kramarova1, A.A.Korlykov3, A.N.Shkoporov2, A.G.Shipov1, L.I.Kafarskaya2, Yu.I.Baukov1, V.V.Negrebetskiy1
1Pirogov Russian National Research Medical University,
Department of Chemistry of Medical Faculty, Moscow (HeadoftheDepartment — Prof. V.V.Negrebetskiy);
2Pirogov Russian National Research Medical University,
Department of Microbiology and Virology of Pediatric Faculty, Moscow (HeadoftheDepartment — Prof.L.I.Kafarskaya);
3A.N.Nesmeyanovlnstitute ofElement Organic Compounds, Moscow (Director — Acad. ofRAN,Prof. Yu.N.Bubnov);
4D.I.MendeleevRussian Chemical-Technological University, Moscow (Rector — Prof. V.A.Kolesnikov)
~\ Eight novel hypercoordinated silicon compounds were synthesized. Their structures were confirmed by multinuclear spectroscopy of nuclear magnetic resonance, infrared spectroscopy and X-ray diffraction study. The prognosis of biological activity indicated that complexes of hypercoordinated silicon could be screened as cardioprotective agents, and drugs for side (lateral) amiotrophic sclerosis treatment based on these complexes could be developed. All studied compounds had low predicted toxicity, which was confirmed by cytotoxicity tests on the model of tissue and bacterial cultures.
Key words: compounds of hypercoordinated silicon, spectroscopy of nuclear magnetic resonance, Infrared spectroscopy, _l X-ray analysis, biological activity
Интенсивное развитие химии гипервалентных органических производных элементов 14-й группы, в частности кремния, обусловлено рядом факторов, среди которых повышенная реакционная способность, а также проявляемая ими в ряде случаев высокая биологическая
активность [1, 2]. Соединения кремния находят широкое применение для лечения таких заболеваний, как остеопороз, старение кожи, волос, ногтей, а также артериосклероз (например, работа [3] и цитированная в ней литература).
70
Синтез, строение и биологическая активность новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния на основе а-амино- и а-гидроксикислот
Целью проводимых на кафедре химии РНИМУ им. Н.И.Пирогова исследований является синтез новых гипервалентных комплексов кремния для дальнейшего поиска среди них биологически активных веществ. Включение в состав таких комплексов природных потенциально биологически активных а-амино- и а-гидроксикислот может привести к созданию лекарственных препаратов, обладающих высокой эффективностью и широким спектром биологического действия.
Материалы и методы
Монокристаллы для рентгеноструктурного анализа (РСА) получены кристаллизацией образцов 5Ь, 6а и 6d из MeCN. Рентгенодифракционные исследования проводили на дифрактометрах фирмы Bruker, Германия (МоКа-излучение, графитовый монохроматор, ш-сканирование): соединений 5Ь и 6d — на «Smart APEX II», соединения 6а — на «Smart 1000». Основные кристаллографические данные и результаты уточнения исследованных методом РСА комплексов приведены в табл.1.
Структуры решены прямым методом и уточнены полноматричным методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов. Атомы водорода алкильных и арильных фрагментов рассчитаны исходя из геометрических соображений и включены в уточнение со значениями эквивалентных тепловых параметров, зависимыми от связанных с ними атомов углерода — Ueq(H) = 1,2Ueq(C), 1,5Ueq(CMe). Атомы H1N в аммониевых фрагментах выявлены из разностных Фурье-синтезов электронной плотности, величины их тепловых параметров уточнены аналогично — Ueq(H) = 1,2Ueq(N). Все расчеты выполнены по программному комплексу SHELXTL-97 v.5.10 [4]. Координаты атомов и их температурные параметры для соединений 5Ь, 6а и 6d депонированы в Кембриджском банке структурных данных (CCDC 833653-833662).
Клеточную линию НТ-29 (карцинома кишечника человека) культивировали с использованием питательной среды DMEM (БиолоТ, Россия). К среде добавляли фетальную бычью сыворотку до 10% (HyClone, США), пенициллин G (до 100 Ед/мл), стрептомицин (до 100 мкг/мл). Культуры клеток инкубировали в атмосфере 5% С02 при 37 °С. Количество жизнеспособных клеток оценивали с помощью окрашивания трипановым синим.
Цитотоксичность веществ изучали с помощью МТТ-теста. Для этого культуру НТ-29 выращивали в полной среде в 96-луночном планшете до достижения 100% конфлюентности. После этого полную среду заменяли на бессывороточную и инкубировали культуру в течение суток. Затем клетки однократно промывали раствором DPBS и добавляли к ним серийные двукратные разведения веществ в воде или диметилсульфоксид (ДМСО) до концентрации 0,005-10 мг/мл. Через 24 ч инкубации клетки окрашивали раствором
Для корреспонденции:
Негребецкий Вадим Витальевич, доктор химических наук, заведующий кафедрой химии лечебного факультета Российского национального исследовательского медицинскогоуниверситета им. Н.И.Пирогова
Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1 Телефон: (495) 434-0465 E-mail: [email protected]
Статья поступила 11.07.2012, принята к печати 31.10.2012
3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтераразолиум бромида (МТТ) в концентрации 0,5 мг/мл в фосфатно-солевом буфере в течение 3 ч при 37 °С. Затем раствор МТТ удаляли, лизировали клетки добавлением диметилсульфоксида и измеряли оптическую плотность в лунках планшета при длине волны 595 нм. Полученные значения использовали для расчета индекса цитотоксичности (1С50).
Использованный в работе штамм бактерий Е. coli ER2738 культивировали на среде LB (Amresco, США) при 37 °С в аэробных условиях. Ночную культуру бактерий засевали в лунки 96-луночного планшета в бульонную среду в разведении 1:1000 и добавляли серийные двукратные разведения веществ до конечной концентрации 0,005-10 мг/мл. После инкубации планшетов при 37 °С в течение 18 ч рост культуры оценивали качественно и определяли значение минимальной ингибирующей концентрации.
Инфракрасные (ИК) спектры соединений в твердой фазе (с использованием модуля нарушенного полного внутреннего отражения) получены на спектрометре «Tensor 27» (Bruker). Спектры ЯМР 1Н, 13С и 29Si зарегистрированы на спектрометре «Avance II 600» (Bruker) — 600, 151 и 119 МГц соответственно. Исходные этиловые эфиры саркозина (1) и пролина (2) синтезированы по описанным методикам, их константы соответствуют литературным [5].
Синтез этиловых эфиров М-(триэтоксисилилметил)-а-аминокислот 3, 4 (общая методика). В трехгорлую колбу, снабженную магнитной мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником, поместили 100 мл абсолютного бензола, 21,95 г (0,22 моль, 31 мл) абсолютного триэтиламина и 0,15 моль этилового эфира а-аминокислоты (1,2). К реакционной массе при перемешивании по каплям добавляют раствор 31,15 г (0,15 моль, 30,52 мл) хлорметилтриэтоксисилана в 40 мл бензола. Реакционную массу кипятят в течение 6 ч, выпавший осадок отфильтровывают, промывают бензолом. Объединенные бензольные фракции упаривают на ротационном вакуумном испарителе. Остаток фракционируют в вакууме.
Синтез пентакоординированных производных 5, 6 (общая методика). К раствору 0,006 моль 2-гидроксикислоты в 5 мл абсолютного ацетонитрила при перемешивании добавляют 0,003 моль этилового эфира N-триэтоксисилилметил-а-аминокислоты 3, 4. Через неделю образовавшиеся кристаллы отфильтровывают, промывают CH3CN и высушивают.
Этиловый эфир ^(триэтоксисилилметил)саркози-на (3). Выход — 22 г (50%). Ткип 125-128 °С (10 мм рт.ст.). nD20 1,4224. Найдено, %: C - 48,95™ Н - 9,10, N - 4,93. C12H27NO5Si. Вычислено, %: С - 49,12, Н - 9,27, N - 4,77. ИК спектр (v, см-1): 1739 (C=O), 1074 с (SiO). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, 5, м.д.): 1,19 (т, 9Н, 3JHH 7,26 Гц, СН2СН3), 1,23 (т, 3Н, SiOCH2CH3, 3JHH 6,87 Гц), 2,18 (c, 2Н, NCH2Si), 2,42 (c, 3Н, NCH3), 3,27 (c, 2H, NCH2), 3,83 (кв, 6H, SiOCH2CH3, 3JHH 6,87 Гц), 4,12 (кв, 2Н, CH2CH3, 3JHH 6,87 Гц). Спектр ЯМР 13С (5, м.д., CDCl3): 14,12 (CH2CH3), 18,06 (SiOCH2CH3), 41,93 (NCH2Si), 45,83 (NCH3), 58,45 (SiOCH2CH3), 59,94 (OCH2CH3), 60,81 (NCH2), 170,78 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., CDCl3): -53,0.
Этиловый эфир ^триэтоксисилилметил-йф-про-
лина (4). Выход — 27,58 г (58%). Ткип 150-154 °С (11 мм рт. ст.). nD20 1,4359. Hайдено, %: C - 52,64, H - 9,27, N - 4,37. C14H29NO5Si. Вычислено, %: С - 52,63, H - 9,15, N - 4,38. ИК спектр (v, см-1): 1738 (С=0), 1075 с (SiO). Спектр ЯМР 1H (CDCl3, 5, м.д.): 1,05-1,25 (м, 12H, 4 CH^H^, 1,6-2,08 (м, 6H, C3H2,
71
А.А.Николин и др. 7 Вестник РГМУ, 2012, №6, с. 70-75
Таблица 1. Основные кристаллографические параметры для комплексов 5Ь, 6а и 6d
Параметр 5Ь 6а 6d
Брутто формула C16H28N208Si C,2H19N08Si C36H35N08Si
Молекулярная масса 404,49 333,37 637,74
Т, К 100 120 100
Кристаллическая система Ромбическая Моноклинная Триклинная
Пространственная группа РЬа2 Р2/п Р-1
Z 4 4 2
а, А 18,528(3) 8,545(2) 10,4052(7)
b, А 10,6546(17) 19,785(5) 13,1794(9)
c, А 10,7899(17) 9,304(2) 13,3113(9)
а, ° 90,00 90,00 65,8880(10)
в, ° 90,00 109,986(4) 74,3700(10)
У, ° 90,00 90,00 72,9240(10)
V, А3 2130,0(6) 1478,3(7) 1569,17(18)
цвыч, ГХСМ-3 1,261 1,498 1,350
Ц, см-1 1,52 2 1,31
F(000) 864 704 672
26 , ° 61 58 61
Число измеренных отражений 26398 7653 21109
Число независимых отражений 6512 3954 9724
Число отражений с I >2о(1) 5061 3326 5676
Количество уточняемых параметров 272 207 485
R1 0,0472 0,0528 0,0629
wR2 0,1187 0,1173 0,1595
GOF 1,015 1,010 1,019
Остаточная электронная плотность, exA-3(dmin7dmav) 0,4267-0,278 0,5487-0,414 0,6137-0,428
C4H2, NCH2Si), 2,28-2,49 (м, 2H, C5H2), 2,97-3,22 (м, H, C2H), 3,77 (кв, 6H, SiOCH2CH3, 3JHH 6,93 Гц), 4,04 (кв, 2H, CH2CH3, 3JHH 6,93 Гц). Спектр- ЯМР 13С (5, м.д., CDCl3): 14,05 (CH2CH3), 17,99 (SiOCH2OH3), 23,20 (C4), 28,91 (C3), 38,03 (N-CH2-Si), 55,38 (C5), 58,31 (SiOCH2CH3), 59,92 (OCH2CH3), 68,58 (C2), 173,64 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., CDCl3): -53,0.
Х^-Бис(гликолято-О,О')[1Ч-метил-1Ч-этоксикарбонил-метиламонио)метил]силикат (5a). Выход — 0,81 г (89%), с Д 207-209 °С (CH3CN). Ha^qeHO, %: C - 39,25, H - 5,41, N -4,49. C10H17NO5Si. Вычислено, %: С - 39,08, H - 5,58, N - 4,56. ИК спектр (v, см_1): 2930-3050 (N+H), 1751 (C=O эфирная), 1710 (O-C=O-C). Спектр ЯМР 1H (DMSO, 5, м.д.): 1,15-1,20 (м, 3H, CH^H^, 2,57-2,68 (м, 2H, NCH2Si), 2,81 (c, 3H, NCH3), 3,24 (c, 2H, NCH2), 4,22 (кв, 2H, CH^H^ 3JHH 6,87 Гц). Сигналы остальных протонов лежат в узкой области 3,8-4,1 и перекрыты сильно уширенным сигналом H20. Спектр ЯМР 13С (5, м.д., DMSO): 14,06 (CH2£H3), 44,88 (NHCH2Si), 48,63 (NCH3), 59,76 (SiOCH2), 62,15 (OCH^H^, 63,1 (NCH2), 166,54 (C=O, сл. эф.), 174,45 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., DMSO): -91,1.
Х^-Бис(диметилгликолято-О,О')[1Ч-метил-1Ч-этокси-карбонилметиламонио)метил]силикат (5b). Выход — 0,99 г (91%), с Тпл 224-225 °С (CH3CN). Hайдено, %: C - 46,50, H -6,87, N - 3П,94. C14H25NO8Si. Вычислено, %: С - 46,27, H - 6,93, N - 3,85. ИК спектр (v, см-1): 2870-3000 (N+H), 1748 (С=0 эфирная), 1716 (O-C=O-C). Спектр ЯМР 1H (CD3CN, 5, м.д.): 1,30 (т, 3H, CH^H 3JHH 7,26 Гц), 1,33 и 1,38 (два с, 12H, C^H^), 2,63 (уш. c, 2H, NCH2), 2,98 (уш. c, 3H, NCH3), 3,91 (уш. м, 2H, SiCH2N), 4,3 (кв, 2H, CH^H^ 3JHH 6,87 Гц), 7,24 (уш. с, 1H, NH). Спектр ЯМР 13С (CD3CN, 5, м.д.): 14,36 (CH2CH3), 27,13, 28,28 (C(CH3)2), 46,06 (уш. NHCH2Si), 51,37 (NCH3), 60,1 (уш. NCH2), 63,69 (OCH^H^, 75,75 (C (CH3)2), 166,96 (C=O, сл. эф.), 179,93 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (CD3CN, 5, м.д.): -103,2.
Х^-Бис(манделато-О,О')[1Ч-метил-1Ч-этоксикарбонил-метиламонио)метил]силикат (5c). Выход — 1,16 г (79%), с Тпл 134-136 °С (CH3CN). Hайдено, %: C - 59,39, H - 5,94, N - 2,81. C24H29NO8Si. Вычислено, %: С - 59,12, H - 6,00, N -
2,87. ИК спектр (v, см-1): 2900-3000 (N+H), 1747 (С=0 эфирная), 1701 (O-C=O-C), 1590 (Ph). Спектр ЯМР 1H (DMSO, 5, м.д.): 1,15-1,30 (м, 3H, CH2GH3), 1,70-2,45 (м, 4H, C3H2, C4H2), 2,65-3,15 (м, 2H, C5H2), 3,52-3,7 (м, 1H, C2H), 4,12-4,38 (м, 4H, SiCH2N, CH^H^, 5,01, 5,12, 5,15, 5,16, 5,24, 5,26 (с, 2H, Si(OCH)2) 7,24-7,56 (10H, 2 СД), 9,3 (уш. с, 2H, NH2). Спектр ЯМР 13С (CD3CN, 5, м.д.): 13,22 (CH2CH3), 28,44, 28,57 (C(CH3)2), 47,16 (уш. NHCH2Si), 49,66 (NCH3), 62,09 (уш. с, NCH2), 62,15 (OCH^H^, 75,12 (C (CH3)2), 165,96 (C=O, сл. эф.), 173,57 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (DMSO, 5, м.д.): -95,5.
Х^-Бис(бензилато-О,О')[1Ч-метил-1Ч-этоксикарбонил-метиламонио)метил]силикат (5d). Выход — 1,65 г (90%), с Д 251-254 °С (CH3CN). Hайдено, %: C - 66,84, H - 5,47, N -2,44. C34H33NO8Si. Вычислено, %: С - 66,76, H - 5,44, N - 2,29. ИК спектр (v, см-1): 2900-3100 (N+H), 1752 (С=0 эфирная), 1728 (O-C=O-C), 1599 (Ph). Спектр ЯМР 1H (DMSO, 5, м.д.): 1,15 (т, 3H, CH^H^ 3JHH 7,26 Гц), 4,1-4,22 (м, 2H, CH^H^, 7,1-7,6 (суперпозиция 20H, 4 СД), 8,8 (уш. с, 1H, NH). Спектр ЯМР 13С (DMSO, 5, м.д.): 14,02 (CH2CH3), 44,45 (NCH3), 48,85 (NHCH2Si), 57,94 (уш. с, NCH2), 61,97 (OCH^H^, 82,4 (Si(OCPh2)2), 126,48128,18 и 142,63, 143,37 (4 СД), 165,99 (C=O, сл. эф.), 173,97 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., DMSO): -99,0.
Х^-Бис(гликолято-О,О')[(2-этоксикарбонилпирро-лидинио)метил]-силикат (6a). Выход — 0,84 г (80%), с Тпл 201-203 °С (CH3CN). Hайдено, %: C - 41,20, H - 5,67, N -4,00. C12H21NO9Si. Вычислено, %: С - 41,02, H - 6,02, N - 9,98. ИК спектр (v, см-1): 2960-3000 (N+H), 1740 ^=O эфирная), 1709 (O-C=O-C). Спектр ЯМР 1H (CD3CN, 5, м.д.): 1,18-1,40 (3H, м, CH^H^, 1,8-2,2 (м, 4H, C3H2, C4H2), 2,30-2,49 и 2,97-3,22 (м, 2H, C5H2), 3,6-3,7 (м, 1H, C2H), 4,0-4,06 (м, 2H, SiCH2N), 4,10-4,22 (м, 2H, OCH^H^, 4,25-4,35 (4H, ОGH2), 7,35 (уш. с, 1H, NH). Спектр ЯМР 13С (5, м.д., CD3CN): 13,31 (CH3), 22,73, 23,06 (C4), 27,91,28,36 (C3), 48,26, 48,44 (NHCH2Si), 57,99 (C5), 59,22 (OCH^H^, 63,19 (Si-O-CH2), 69,58 (C2), 168,68, 169,27 (2 сигнала, C=O, сл. эф.), 174,27 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., CD3CN): -91,2.
72
Синтез, строение и биологическая активность новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния на основе а-амино- и а-гидроксикислот
Х55иБис(диметилгпиколято-О,О')[(2-этоксикарбонил-пирролидинио)метил]силикат (6b). Выход — 0,98 г (84%), с 238-240 °С (CH3CN). Найдено, %: C - 49,68, H - 6,89, N -
3,47. C16H27NO8Si. Вычислено, %: С - 49,34, Н - 6,99, N - 3,60. ИК спектр (V, см-1): 2930-2980 (N+H), 1745 (C=O эфирная), 1704 (O-C=O-C). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, 5, м.д.): 1,24-1,48 (м, 15H, СН2СН3, C(CH3)2), 2,06-2,34 (м, 4H, C3H2, C4H2), 2,46-2,70 и 2,95-3,0 (м, 2H, C5H2), 3,23-3,43 (м, H, C2H), 4,26-4,40 (м, 4H, CH2CH3, SiCH2N), 8,7 (уш. с, 1Н, NH). Спектр ЯМР 13С (CDCl3, 5, м.д.): 13,98 (CH3), 22,0 (C4), 26,57, 26,69, 27,11,27,33 (C-(CH3)2), 27,79 (C3), 48,66 (NHCH2Si), 57,43 (C5), 62,86 (OCH2CK3), 70,0 (C2), 75,15 (C-(CH3)2), 167,44 (C=O, сл. эф.), 180,68 (C=O). Спектр ЯМР 29Si (5, м.д., CDCl3): -101,2.
Х^-Бис(манделато-О,О')[(2-этоксикарбонилпирро-лидинио)метил]силикат (6c). Выход — 1,1 г (75%), с Тпл 188-191 °С (CH3CN). Найдено, %: C - 59,61, H - 5,80, N -2,84. C24H27NO8Si. Вычислено, %: С - 59,37, Н - 5,60, N -2,88. ИК спектр (V, см-1): 2900-3000 (N+H), 1747 (С=0 эфирная), 1701 (O-C=O-C), 1590 (Ph). Спектр ЯМР 1Н (DMSO, 5, м.д.): 1,15-1,30 (м, 3H, CH^lij), 1,70-2,45 (м, 4H, C3H2, C4H2), 2,65-3,15 (м, 2H, C5H2), 3,52-3,7 (м, 1H, C2H), 4,12-4,38 (м, 4H, SiCH2N, О^СН.,), 5,01, 5,12, 5,15, 5,16, 5,24, 5,26 (с, 2Н, Si(OCH)2) 7,24-7,56 (10H, 2 С6Н5), 9,2 (уш. с, 2Н, NH2). Спектр ЯМР 13С (DMSO, 5, м.д.): 14,39 (CH3), 22,35, 23,11 (C4), 27,78,
28.10 (C3), 46,27-47,81 (NHCH2Si), 57,39 (C5), 62,54-62,64 (NHCH2Si), 72,97-75,67 (Si(OCHPh)2), 126,79, 127,05, 128,53, 139,96, 140,06, 140,25 (2 С6Н5), 168,78, 169,56 (2 сигнала, C=O, сл. эф.), 174,24, 174,29 (2 сигнала, C=O). Спектр ЯМР 29Si (DMSO, 5, м.д.): -94,8, -94,7, -93,9.
Х^-Бис(бензилато-О,О')[(2-этоксикарбонилпирро-лидинио)метил]силикат (6d). Выход — 1,66 г (87%), с Тпл 273-275 °С (CH3CN). Найдено, %: C - 67,71, H - 5,45, N - 2,15. C36H35NO8Si. Вычислено, %: С - 67,80, Н - 5,53, N -2,20. ИК спектр (V, см-1): 2980-3180 (N+H), 1715-1725 (С=0 эфирная, O-C=O-C), 1582 (Ph). Спектр ЯМР 1Н (DMSO, 5, м.д.): 1,08, 1,16 (два т, 3H, ^0^, 3JНН 7,3 Гц), 1,58-2,18 (м, 4H, C3H2, C4H2), 2,38-3,16 (м, 2H, C5H2), 3,52-3,7 (м, 1H, C2H),
3,8-4,2 (м, 4H, SiCH2N, О^СН.,), 7,1-7,6 (суперпозиция 20Н, 4 С6Н5). Спектр ЯМР_ 13С (DMSO, 5, м.д.): 13,31 (CH3), 22,35,
23.11 (C4), 27,78, 28,10 (C3), 46,27-47,81 (NHCH2Si), 57,39 (C5), 59,22 (OCH^^), 62,54-62,64 (NHCH2Si), 69,58 (C2), 126,66128,71 (10 сигналов), 139,20-140,83 (4 сигнала) (4 С6Н5), 166,66, 166,72 (2 сигнала, C=O, сл. эф.), 174,42, 174,44, 174,71 (3 сигнала C=O). Спектр ЯМР 29Si (DMSO, 5, м.д.): -99,2.
Результаты исследования и их обсуждение
Синтез и строение новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния. В качестве исходных соединений нами использованы этиловые эфиры N замещенных аминокислот — саркозина (1) и пролина (2) (рис. 1).
Эфиры 1, 2 были подвергнуты силилметилированию хлорметилтриэтоксисиланом в присутствии эквимолярного количества Et3N. При этом с хорошими выходами получены N-триэтоксисилиметильные производные 3, 4.
С целью получения новых гиперкоординированных соединений кремния на основе широко представленных в природе а-гидроксикислот нами изучено взаимодействие соединений 3, 4 с а-гидроксикислотами (а — гликолевой, b — диметилгликолевой, с — миндальной и d — дифенилгликолевой). В результате были получены пентакоординированные цвиттер-ионные комплексы 5, 6. Реакции проводили путем выдерживания реагентов в растворе ацетонитрила в течение 1 нед до образования осадка. Синтезированные комплексы 5, 6 были выделены с высокими выходами.
Строение целевых продуктов установлено на основании элементного анализа, данных спектроскопии ИК и ЯМР, а для соединений 5Ь, 6а и 6d — методом рентгеноструктурного анализа. Кроме слабых полос в области 3100-2900 см1, относящихся к колебаниям группы N+H, в ИК спектрах соединений 5, 6 в твердой фазе обнаружены характеристические полосы колебаний эфирных карбоксигрупп аминокислот (1740-1750 см1, сильная), атакже полосы колебаний карбоксигрупп а-гидроксокислот (1700-1720 см1, сильная).
О пентакоординированном состоянии атома кремния в растворах соединений 5, 6 свидетельствуют химические сдвиги сигналов в спектрах ЯМР 29Si (диапазон от -91,1 для 5а до -103,5 для 5Ь), близкие к наблюдавшимся ранее для сходных по строению соединений [6].
Рентгеноструктурный анализ. По данным РСА в соединениях 5Ь, 6а и 6d атом кремния пентакоординирован. Координационный полиэдр во всех структурах соответствует искаженной тригональной бипирамиде (ТБП). В аксиальных положениях находятся атомы кислорода карбоксильных групп, тогда как экваториальными заместителями являются атомы кислорода гидроксильных групп соответствующих а-гидроксикислот и метиленовая группа. Длины апикальных связей Si-О больше экваториальных на
1,2
3, 4
5, 6
1,3,5: R1 = Me, R2 = Н; 2, 4, 6: R1,R2 = -(СН2)3-; a: R3 = R4 = Н; b: R3 = R4 = Me; с: R3 = H,R4 = Ph; d: R3 = R4 = Ph
Рис. 1. Схема синтеза цвиттер-ионных комплексов 5, 6.
73
А.А.Николин и др. / Вестник РГМУ, 2012, №6, с. 70-75
Таблица 2. Геометрические параметры координационного полиэдра кремния в соединениях 5Ь, 6а и 6d
Параметр 5b 6a 6d
ASi, А 0,0082(6) 0,0365(8) 0,0039(7)
Si1-01 1,8017(15) 1,7907(18) 1,7876(15)
Si1-03 1,6611(15) 1,6631(19) 1,6595(14)
Si1-04 1,7951(15) 1,8060(18) 1,7924(15)
Si1-06 1,6549(16) 1,6786(19) 1,6559(15)
Si1-C5 1,887(2) 1,893(3) 1,906(2)
01-Si1-04 176,85(7) 174,35(9) 176,65(7)
03-Si1-01 89,08(7) 89,66(9) 89,36(7)
06-Si1-01 89,42(8) 87,55(8) 89,60(7)
03-Si1-04 88,71(7) 89,52(9) 88,63(7)
03-Si1-06 124,56(8) 125,85(10) 124,15(8)
06-Si1-04 89,98(8) 88,40(9) 89,32(7)
01-Si1-C5 92,47(7) 96,85(10) 90,70(8)
03-Si1-C5 118,31(9) 119,21(11) 121,12(9)
04-Si1-C5 90,56(8) 88,43(10) 92,63(9)
06-Si1-C5 117,12(9) 114,80(10) 114,73(10)
0,11-0,15 А, значение выхода атома Si из плоскости экваториальных атомов варьирует в интервале 0,004-0,036 А (табл. 2, рис. 2).
В рамках формализма Холмса [7] возможно рассмотрение координационных полиэдров в качестве точек на поверхности потенциальной энергии гипотетической политопной перегруппировки. В ходе перегруппировки координационный полиэдр атома Si изменяется от идеальной ТБП до идеальной квадратной пирамиды. Рассматривая серию комплексов с одинаковым координационным полиэдром, можно описать участок траектории псевдовращения. Отклонения полиэдров атома кремния от идеальной ТБП составляют 8,6, 13,7 и 9,1% для комплексов 5Ь, 6а и 6d, что соответствует начальной стадии псевдовращения Берри.
Потенциальная биологическая активность. Для комплексов 3-6 нами выполнен прогноз спектра биологической активности по 921 виду активности по структурной формуле соединения с использованием программы «Prediction of Activity Spectra for Substances (PASS-Online)» [8], разработанной профессором В.В.Поройковым (НИИ биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича). Полученные данные свидетельствуют о том, что синтезированные комплексы на основе пролина перспективны для поиска лекарственных средств для лечения бокового (латерального) амиотрофического склероза, известного также как болезнь моторных нейронов (болезнь Шарко или Лу Герига). Заболевание заключается в медленно прогрессирующем неизлечимом дегенеративном заболевании ЦНС и является достаточно распространенным (средний уровень заболеваемости составляет 1-5 случаев на 100 000 человек в год без учета эндемичных территорий) [9]. Данное заболевание поражает преимущественно лиц зрелого возраста и быстро приводит пациента к инвалиди-зации и неизбежной гибели, что и обусловливает большую медико-социальную значимость этой проблемы в современной неврологии [9].
Для комплексов на основе саркозина с вероятностью более 90% можно прогнозировать кардиопротекторные свойства.
Необходимо отметить, что ни для одного из исследованных комплексов 1-6 токсический эффект не прогнозируется с вероятностью выше 50%, что делает их перспективными в качестве базовых структур для создания новых лекарственных средств. Вместе с тем для комплексов 3, 5,
Рис. 2. Общий вид комплексов 5Ь (А), 6а (В) и 6d (С) в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с вероятностью 50%. Атомы водорода, за исключением Н1N, не показаны.
содержащих фрагмент саркозина, с высокой вероятностью (приблизительно 70%) возможно проявление нейротоксичности.
Изучение цитотоксичности и бактерицидной активности веществ было проведено с использованием клеточной линии аденокарциномы толстого кишечника человека НТ-29 и культуры бактерий Е. coli ER2738. В тестах использовали
74
Синтез, строение и биологическая активность новых цвиттер-ионных комплексов пентакоординированного кремния на основе а-амино- и а-гидроксикислот
Ligands and Si05 Skeletons: Synthesis and Reactivity in Aqueous Solution II Chem — Eur J. 2012. V.18. P.2202-2206.
4. Sheldrick G.M. A Short History of SHELXII Acta Crystallogr. Sect.A. 2008. V.64.
P.112-122.
5. Потехин A.A. Свойства органических соединений. Справочник. Л.: Химия, 1984.298 с.
6. Theis В., Burschka С., Таске R. Optically Active Zwitterionic X5Si,X5Si'-Disilicates: Syntheses, Crystal Structures, and Behavior in Aqueous Solution II Chem — Eur J. 2008. V.14. P.4618-4630.
7. Holmes R.R., Deiters J.A. Structural distortions of cyclic phosphoranes and the Berry exchange coordinate. A quantitative description II J. Am. Chem. Soc. 1977.V.99. P.3318-3326.
8. PharmaExpert [Электронный ресурс]. URL: http://www.pharmaexpert.ru/ PASSOnline/ (дата обращения: 20.12.2012).
9. Завалишин l/I.A. Боковой амиотрофический склероз. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 272 с.
Рис. 3. Зависимость оптической плотности при 595 нм (отражает метаболическую активность клеток) от концентрации веществ. Экспериментальные обозначения 49-11А и 51-11А соответствуют комплексам 5а и 5Ь соответственно.
водные растворы веществ 5а и 5Ь, а также вещества 5d и 6d, растворенные вдиметилсульфоксиде.
Для всех четырех веществ был определен низкий уровень цитотоксичности. В тесте на клеточной культуре НТ-29 значения индекса цитотоксичности (1С50) для веществ 5а и 5Ь были приблизительно равны 6 мг/мл (рис. 3).
В то же время цитотоксичность веществ 5d и 6d не превышала эффект растворителя ДМСО (данные не представлены). Бактериостатическая активность веществ была низкой. Значение минимальной ингибирующей концентрации для всех четырех веществ для культуры Е. coli ER2738 превышало 10 мг/мл.
Заключение
Информация об авторах:
Николин Алексей Александрович, инженер кафедры химии лечебного
факультета Российского национального исследовательского медицинского
университета им. Н.И.Пирогова
Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1
Телефон: (495) 434-1100
E-mail: [email protected]
Крупина Станислава Ивановна, студентка кафедры химии и технологии органического синтеза Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева
Адрес: 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, 20/2 Телефон: (495) 496-6058 E-mail: [email protected]
Крамарова Евгения Петровна, кандидатхимических наук, старший научный сотрудник кафедры химии лечебного факультета Российского национального исследовательского медицинскогоуниверситета им. Н.И.Пирогова Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1 Телефон: (495) 434-1100 E-mail: [email protected]
ШиповАлександр Геннадьевич, докторхимических наук, ведущий научный сотрудник кафедры химии лечебного факультета Российского национального исследовательского медицинскогоуниверситета им. Н.И.Пирогова Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1 Телефон: (495) 434-1100 E-mail: [email protected]
Синтезированы новые соединения гиперкоординированного кремния, содержащие остатки а-амино- и а-гидроксокислот. Вследствие низкой токсичности полученных комплексов установлена перспективность поиска среди них биологически активных веществ для создания кардиопротекторов, а также лекарственных средств для лечения бокового (латерального) амиотрофического склероза.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 11-03-00655, 13-03-01084) в рамках деятельности Научно-образовательного центра РНИМУ им. Н.И.Пирогова.
Литература
1. Rezanka Т., Sigler К. Biologically Active Compounds of Semi-Metals II Studies in Natural Products Cemistry. V.35 / Ed. by Atta-ur-Rahman. Amsterdam: Elsevier, 2008. P.856-870.
2. Lukevics E., Abele E., Ignatovich L. Biologically Active Silacyclanes II Advances in Heterocyclic Chemistry. V.99 / Ed. by A.R. Katrizky. Amsterdam: Elsevier, 2010. P.107-141.
3. Theis B., Weip J., Lippert W.P. et al. Zwitterionic and Anionic Multinuclear Pentacoordinate Silicon(IV) Complexes with Bridging (R,R)-Tartrato(4-)
Бауков Юрий Иванович, доктор химических наук, профессор кафедры химии
лечебного факультета Российского национального исследовательского
медицинскогоуниверситета им. Н.И.Пирогова
Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1
Телефон: (495) 434-1100
E-mail: [email protected]
Шкопоров Андрей Николаевич, кандидат медицинских наук, старший
научный сотрудник кафедры микробиологии и вирусологии педиатрического
факультета Российского национального исследовательского медицинского
университета им. Н.И.Пирогова
Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1
Телефон: (495) 434-1774
E-mail: [email protected]
Кафарская Людмила Ивановна, доктор медицинских наук, профессор,
заведующая кафедрой микробиологии и вирусологии педиатрического
факультета Российского национального исследовательского медицинского
университета им. Н.И.Пирогова
Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1
Телефон: (495) 434-1774
E-mail: [email protected]
Корлюков Александр Александрович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований Института элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Адрес: 119991, Москва, ул. Вавилова, 28 Телефон: (499) 135-9214 E-mail: [email protected]
Архипов Дмитрий Евгеньевич, инженер-исследователь лаборатории
рентгеноструктурных исследований Институтаэлементоорганических
соединений им. А.Н.Несмеянова
Адрес: 119991, Москва, ул. Вавилова, 28
Телефон: (499) 135-9214
E-mail: [email protected]
75
