CC BY
21Порфирины
Porphyrins
Макрогэтэроцмклы
http://macroheterocycles.isuct.ru
Обзор
Review
DOI: 10.6060/mhc2012.120152l
Chlorin p6 Cycloimides: Synthesis, Properties and Possible Fields of Application
Victoriya S. Lebedeva,a@ Ramzes D. Ruziev,b and Andrey F. Mironova
aM. V. Lomonosov State University of Fine Chemical Technologies, 119571 Moscow, Russia
hFederal Center of Nuclear Medicine Projects Design and Development of FMBA of Russia, 123098 Moscow, Russia @Corresponding author E-mail: [email protected]
In this work we summarize the recent knowledge about the synthesis, spectral properties and biological activity of the group of chlorophyll a derivatives bearing fused six-membered imide ring system. The presence of fused ring extended their long-wavelength absorptions from 660 to 705-718 nm. Chlorin p6 cycloimides are stable enough and their structure provides wide opportunities for modification, so they are used extensively to study the effect of various functional groups and their position in the macrocycle on the photodynamic activity of sensitizers.
Keywords: Chlorinp cycloimides, synthesis, properties, application.
Циклоимиды хлорина р6: синтез, свойства и возможные области применения
В. С. Лебедева,а@ Р. Д. Рузиев,ь А. Ф. Миронов1
Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова, 119571 Москва, Россия
ЪФГУП «Федеральный центр по проектированию и развитию объектов ядерной медицины» ФМБА России, 123098
Москва, Россия
@Е-таИ: [email protected]
Систематизированы и обобщены данные по методам синтеза и способам модификации 13,15-циклоимидов хлорина р6. Обсуждаются спектральные свойства и биологическая активность ряда производных 13,15-циклоимидов хлорина р6.
Ключевые слова: Хлорин р, циклоимиды, синтез, свойства, применение.
Введение
Успешное применение фотодинамической терапии рака в медицинской практике стимулировало поиск новых фотосенсибилизаторов (ФС), фотофизические характеристики которых, тропность к злокачественным новообразованиям, низкая цитотоксичность и хорошее выведение из организма превосходили бы известные препараты первого поколения. Одним из перспективных направлений при разработке подобных ФС является химическая модификация природных хлоринов, позволяющая оптимизировать гидрофильно-гидрофобный баланс заместителей в макроцикле, влияющий на накопление хлоринов в опухолевых клетках, а также улучшить их фотофизические свойства и растворимость в физиологических средах. Удобными соединениями для
этих целей служат феофорбид а, пирофеофорбид а и хлорин е6, которые, благодаря своей близости к хлорофиллу а, способны легко утилизироваться в организме и обладают низкой темновой токсичностью. Данные по химии и фотодинамической активности этих соединений, а также их многочисленных производных подробно рассмотрены в монографиях[1-3] и обзорных статьях.[4-12] На основе хлорина е6 созданы препараты второго поколения Фотодитазин (Россия), Радахлорин (Россия), Фотолон (Республика Беларусь), моно^-аспартилхлорин (Япония). В США в настоящее время проходит клинические испытания 3-(1'-гексилокси) этилпирофеофорбид а (НРРН).
Особый интерес в ряду производных хлорофилла а представляют 13,15-циклоимиды хлорина р6 (в зарубежной литературе - пурпуринимиды). Наличие имид-
ного кольца, сопряженного с основным макроциклом, вызывает значительное смещение максимума поглощения этих соединений в длинноволновую область до 705-718 нм, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных фотосенсибилизаторов для ФДТ рака. Циклоимиды хлорина р6 обладают достаточной стабильностью, а их структура представляет широкие возможности для модификации, в связи с чем они активно используются для изучения влияния разнообразных функциональных групп и их расположения в макроцикле на фотодинамическую активность сенсибилизаторов. В последние годы циклические имиды хлорина р6 используются также как эффективные доноры электронов при создании искусственных фотосинтетических систем.
Методы получения циклоимидов хлорина р6
Смит и др.[13] впервые показали, что амидные производные пурпурина 18, полученные раскрытием ангидридного кольца под действием алкиламинов, могут образовывать имидные аналоги, если реакционную массу оставить при комнатной температуре на несколько недель. Позднее Ченг и Пандей[14-16] разработали метод получения подобных соединений с варьируемой липофильностью. При обработке пурпурина 18 1 различными алкиламинами (С1-С11)[131718] в хлористом
метилене при комнатной температуре образуется смесь соответствующих амидов 2 и 3 (Схема 1) в соотношении 6:1 с общим выходом 95%. Амид 3 является минорным продуктом, что обусловлено стерическими трудностями при раскрытии ангидридного цикла, вызванными соседним восстановленным пиррольным кольцом D.
Выдерживание смеси амидов 2 и 3 в хлористом метилене или тетрагидрофуране в течение недели приводит к циклоимиду 8 с небольшим выходом. Кипячение реакционной массы также не способствует увеличению выхода имида 8. В присутствии глины Монтмориллонит К-10 в хлористом метилене из смеси амидов 2 и 3 образуются циклические имиды 8 с выходом порядка 10%. При использовании лизина в аналогичных условиях выход циклоимида 9 удалось поднять до 60%.[16]
Существенное улучшение метода было достигнуто за счет предварительной активации карбоксильной группы в соединениях 2 и 3 с помощью DCC.[17•18] В результате образуется смесь двух изомеров 6 и 7 в соотношении 6:1 с общим выходом 96%. После ее разделения с помощью колоночной хроматографии получены индивидуальные изомеры 6 и 7, поглощающие при 696 и 690 нм, соответственно. При нагревании изоимидов 6 и 7 в толуоле при 60°С, а также в присутствии 1,8-диазабицикло[5.4.9]ундец-7-ена фВи) выход циклоимида 8 составил 60%. Использование вместо DBU более сильного основания, например гидроксида
со2к
1а,Ь
!Ч=Н (а), Ме (б)
8а-
С02Ме
2ач (Ч1 = ОН, (Ч2=МН(Ч Зач К1 = МНК, К2=ОН
С02Ме
ССЖТ
4ач К1=ОМе, К2=ЫНК 5ач К1 = МНК, К2=ОМе
С02Ме
С02Ме
6ач 1Ч1=0, 1Ч2=М1Ч 7ач К2=0
8а ч
9 К=(СН2)4СНС02Е1 N Н2
К=Ме (а), К=СН2Ме (Ь), К=(СН2)2Ме (с), К=(СН2)3Ме («Ц К=(СН2)5Ме (в), К=(СН2)6Ме (П, (Ч=(СН2)7Ме (д), (Ч=(СН2)9Ме (И), 1Ч=(СН2)10Ме (¡)
а) РЫН2; Ь) йСС; с) Монтмориллонит К-10; ё) С6Н5Ме, 60°С, DBU или КОН/МеОН; е) СН21\12 Схема 1. Синтез А'-алкил- и А^-(1-этоксикарбонил-1-аминопентил)циклоимидов хлорина р6.
^CNH(CH2)5Me
C02Me
10
1b
COzMe (CH2)5Me
8e R=Me
11 R=CHO
12 R=CH2OH
a) CH3(CH2)5NH2, 25°C; b) CH2N2; c) KOH/MeOH; d) CH3(CH2)5NH2, 40°C; e) CH3(CH2)5NH2, HMDS, толуол, А
Схема 2. Получение эфиров и амидов jV-гексилциклоимида хлорина p
калия, и метанола в качестве растворителя способствует увеличению выхода циклоимида 8 до 85%.
Предложен еще один метод получения циклоимидов, основанный на обработке смеси амидов 2 и 3 диазометаном с последующей циклизацией эфиров 4 и 5 в метаноле в присутствии гидроксида калия.[15] В этом случае выход соединения 8i удалось повысить до 80%. По мнению авторов, второй метод является более удобным для получения Ж-алкилированных циклоимидов, поскольку не связан с необходимостью удаления образующейся дициклогексилмочевины.
При синтезе циклоимида 8e были выделены также три побочных продукта с поглощением при 696, 717 и 705 нм. На основании данных спектра 'H ЯМР хлорин с максимумом поглощения при 696 нм был идентифицирован как 172-Ж-гексиламид Ж-гексилциклоимида хлорина p6 10 (Схема 2). При кипячении метилового эфира пурпурина 18 1b с гексиламином в присутствии кислоты Льюиса и гексаметилдисилазана (HMDS) в толуоле этот циклоимид является основным продуктом.1151 Другой побочный продукт с максимумом поглощения при 717 нм был выделен с выходом 10%. На
С02Ме
13 R=Et 1b R=-CH=CH2
С02Ме
С02Н
18
со2н
С02Ме
14 R1=-C=CH, R2=Et
15 R1=C6H4I, R2=Et
16 R1=C6H3Me2, R2=-CH=CH2
17 R1=C6H3(CF3)2, R2=-CH=CH2
C02Me CH2CH2NMe2 19
a) NH2CH2R, NH2CH2C6H4I, NH2CH2C6H3Me2 или NH2CH2C6H3(CF3)2, C6H6, А; b) Me2NCH2CH2NH2, C6H5Me, А
Схема 3. Синтез А^-(2-пропинил)-, АЧ-иодбензил-, Л?-3,5-диметилбензил-, АЧ,5-бис-(трифторметил)бензил- и А^(диметиламиноэтил)циклоимидов мезохлорина p6 и хлорина p6.
основании данных спектра 'Н ЯМР и масс-спектрометрии этому соединению приписана структура 12-формил-Л-гексилимида 11. Соединение с максимумом поглощения при 705 нм охарактеризовано как 12-гидроксиметил-Л-гексилциклоимид 12.
Предложены два возможных механизма образования 12-формилпроизводного 11 .[15] Первый предполагает участие хлорина в реакции [4+2] циклоприсоединения с синглетным кислородом. Фотоокисление имида 8е в водной среде в присутствии основания приводит к соответствующему 12-формилпроизводному 11. При проведении реакции в темноте в атмосфере азота образования формилпроизводного не наблюдается. Второй механизм образования 12-формилциклоимида 11 может реализовываться путем окисления 12-гидроксиметилпроизводного 12 молекулярным кислородом в отсутствии света.
При нагревании производных пурпурина 18 с аминами был получен ряд циклоимидов с хорошими выходами. Так, кипячением метилового эфира мезопурпурина 18 13 с пропаргиламином в бензоле синтезирован Л-(2-пропинил)циклоимид 14 с выходом 85% (Схема 3).[19] Аналогичным образом из мезопурпурина 13 и пурпурина 1Ь и 3-иодбензил, 3,5-диметилбензил- и 3,5-бис(трифторметил)бензил- аминов получены Л-3-иодбензил-, Л-3,5-диметилбензил- и Л-3,5-бис(трифторметил)бензил- циклоимиды 15, 16
и 17 с выходом 50-85%.[20] Фторированный циклоимид 17 проявил высокую фотодинамическую активность в экспериментах in vitro и in vivo.[21]
Монометиловый эфир хлорина p6 18 реагировал с 1,1-диметилэтилендиамином при кипячении в толуоле с образованием Л-диметиламиноэтилциклоимида 19 с выходом 60%.[22] Обнаружено, что циклоимидные производные и их структурные аналоги, содержащие диметиламиноэтильную группу у атома азота имидного кольца, связываясь с двойной спиралью ДНК, ингибируют синтез ДНК и РНК.[22]
В нашей лаборатории[23,24] предложен способ получения циклоимидов хлорина р6, основанный на взаимодействии пурпурина 18 1 с аммиаком, аминоспиртами, эфирами аминокислот, ди- и триаминами с использованием уксусного ангидрида на стадии внутримолекулярной циклизации промежуточных амидов. Этим способом впервые был получен незамещенный по атому азота циклоимид 20, а также циклоимиды, содержащие у азота остатки алифатических спиртов, эфиров аминокислот и ациламинов (Схема 4). Выходы Л-ацетамидоалкил- 21, 22, Л-(4-ацетил-7-ацетиламино-4-аза-1-гептил)- 23 и Л-гидроксиалкил- 24, 25а,Ь, 26 циклоимидов хлорина p6 составили 30-37%. В электронных спектрах полученных соединений наблюдается батохромный сдвиг максимума основной полосы поглощения на 7-12 нм по сравнению с пурпурином 18.
со2н
co2r
(СН2)пОН
20 R=H
21 R=(CH2)3NHAc
22 R=(CH2)8NHAc
23 R=(CH2)3N(CH2)3NHAc
Ac
24 R=H,n=2 25a R=H, n=3 25b R=Me, n=3 26 R=H,n=4
a) NH3, NH2(CH2)3NH2, NH2(CH2)8NH2, NH2(CH2)3NH(CH2)3NH2; b) Ac2O, 25°C или 70°C; c) NaHCO3; d) NH2(CH2)nOH; e) C6H11NH2
Схема 4. Синтез 13,15-циклоимида хлорина p6 и его Л-замещенных производных.
Изучена фотодинамическая активность in vitro и in vivo Ж-(3-гидроксипропил)циклоимида хлорина p6 25а.[25-28] Исследования на мышах с подкожной лимфомой P338 показали, что наибольший фотодинамический эффект достигается при введении фотосенсибилизатора в дозе 4 мкмоль/кг и облучении через 1.5 часа после инъекции. При более коротком интервале между инъекцией хлорина 25а и облучением (15 мин) и дозе 1 мкмоль/кг наблюдалась эффективная сосудисто-направленная ФДТ.
Взаимодействием пурпурина 18 1а с циклогексиламином с последующей обработкой образующейся смеси амидов уксусным ангидридом при нагревании был синтезирован 13,15-Ж-циклогексилциклоимид хлоринаp6 27 с выходом 23%.[29] Изучение внутриклеточного распределения циклоимида 27 на клетках глиомы U87 и аденокарциномы легкого человека A549 показало, что этот хлорин локализуется в основном в митохондриях. Результаты дальнейших исследований фотодинамической активности Ж-гексилциклоимида 27 in vivo на мышах с привитой аденокарциномой A549 также свидетельствуют о перспективности использования этого фотосенсибилизатора для ФДТ рака.
Использование в реакции с пурпурином 18 1 в качестве аминокомпоненты более нуклеофильных реагентов, одним из которых является гидроксиламин, существенно упрощает синтез.[30] Гидрохлорид гидроксиламина реагирует с пурпурином 18 1а и его метиловым эфиром 1b в присутствии пиридина
с образованием Ж-гидроксициклоимидов 28а и 28Ь (Схема 5). Выход при этом достигает 93%. Максимум основной полосы поглощения в электронных спектрах соединений 28а и 28Ь смещен в длинноволновую область на 20 нм. Данный способ открывает широкие возможности для получения нового типа циклоимидов с N-OR связью при замене гидроксиламина в реакции с пурпурином 18 на его О-замещенные производные. Следует отметить получение этим методом гликозилоксициклоимидов из пурпурина 18 и О-гликозилированного гидроксиламина.[31] Превращение в циклоимид в данном случае, в отличие от известныхсинтезов,осуществляется бездополнительной защиты гидроксильных групп углеводного фрагмента. Взаимодействие метилового эфира пурпурина 18 1Ь с О-галактопиранозилгидроксиламином в пиридине при комнатной температуре приводит к образованию циклоимида 29, содержащего остаток галактозы, с максимумом поглощения при 714 нм.
Замена гидроксиламина на гидразингидрат позволила получить Ж-аминоциклоимид 31.[32] В этом случае промежуточно образующиеся гидразиды 30а и 30Ь обрабатывались соляной кислотой. Наличие в циклоимиде 31 реакционноспособной аминогруппы открывает широкие возможности для синтеза Ж-замещенных производных.[33] Следует отметить, что при обработке пурпурина 18 гидразингидратом происходит восстановление винильной группы в этильную, что приводит к гипсохромному смещению основной полосы Q на 12 нм.
c02r
1а,Ь
Ь
со2н
c,d
30а R1=OH, R2=NH-NH2 30b R1 = NH-NH2, R2=OH
co2r
or2
28a R1 = R2=H 28b R1 = Me, R2=H НО
29 R1 = Me, R2=
HO^OlT
C02Me Nh2 31
a) NH2OH HCl или NH2OGal; b) N2H4; c) HCl; d) CH2N2 Схема 5. Синтез jV-гидрокси-, А^-(0-;б^-галактопиранозид)оксициклоимидов хлорина p6 и jV-аминоциклоимида мезохлорина p6.
Модификация функциональных групп в циклоимидах хлорина р6
Функциональные группы в циклоимидах хлорина р6 широко используются для различных химических превращений. За счет этого могут быть улучшены как спектральные характеристики разрабатываемых ФС, так и их растворимость в полярных растворителях. Направленная модификация циклоимидов позволяет также повысить их тропность к злокачественным новообразованиям.
Химические превращения карбоксильной группы остатка пропионовой кислоты
Описаны реакции с диалкиламиноспиртами, полиаминами и аминокислотами.134"411 Показано, что такая модификация не только улучшает их растворимость, но и в ряде случаев приводит к увеличению их сенсибилизирующей активности. Ченг и Пандей,[15] синтезируя циклоимиды из метилового эфира пурпурина 18 1Ь и гексиламина в присутствии кислоты Льюиса и гексаметилдисилазана обнаружили, что в процессе реакции одновременно с образованием имидного цикла происходит замещение метоксикарбонильной группы в остатке пропионовой кислоты на амид. Основным продуктом в этих условиях является 172-Ж-гексиламид Ж-гексилциклоимида 10.
Сравнительная оценка биологической активности циклоимидных производных хлорина р6 со свободным
остатком пропионовой кислоты 32, эфиров 33, 34 и амида 35 (Рисунок 1) была выполнена на мышах C3H с имплантированной опухолью RIF.[14151 Циклоимиды вводились мышам в дозе 1 мкмоль/кг и через 24 ч после инъекции проводилось облучение лазером (X = 705 нм). Все исследованные соединения показали хорошее накопление в опухолевых клетках (4.2-15.7 мкмоль/кг) и высокую селективность (отношение опухоль/мышца 2.2-8.4). При этом оказалось, что накопление в опухоли и фотодинамическая активность циклоимидов 32 и 33 были практически одинаковыми. Это может являться косвенным подтверждением ранее высказанного предположения о том, что in vivo сложные эфиры могут гидролизо-ваться эстеразами до соответствующих карбоновых кислот.[15] В случае амида Л-гексилциклоимида 35 наблюдалось снижение фотодинамической активности. Следует также отметить, что высокое накопление сенсибилизатора в опухоли не является определяющим фактором эффективной фотодинамической терапии. Так, амид Ж-гексилциклоимида 35 способен накапливаться в опухоли в более высокой концентрации (6.4 мкмоль/ кг) по сравнению со сложноэфирным производным 34, однако не проявляет фотодинамической активности, а циклоимид 34 в аналогичных условиях вызывает 100% торможение роста опухоли на 7 день.
Присоединением аминокаротина по остатку пропионовой кислоты циклоимида 36а в присутствии DCC синтезировано соединение 37 (Схема 6).[42] Полученный циклоимид не генерирует синглетный кислород, но хорошо накапливается в опухолях и обла-
Ме 0(СН2)6Ме
"NH N-
_J
"N HN—\
II
ÍH
Ме 0(СН2)9Ме
"NH N-
Ме „ОМе
_J
"N HN—\
II
"H
^N^O
С02Н (СН2)6Ме
С02Ме (СН2)5Ме
С02Ме (СН2)5Ме
32 33 34
Рисунок 1. 3-(Г-Алкилокси)этил—¥-гексилциклоимиды хлорина р6. Ме 0(СН2)6Ме
а,Ь
О'-С (СН2)5Ме i i v
*Сч (СН2)5Ме
О NH(CH2)6Me
35
^_ff II II i
37
a) DCC; b) NH2R, Me2NC5H4N
Схема 6. Получение 172-А^каротиниламида jV-гексилциклоимида хлорина p6.
дает интенсивной флуоресценцией в области 715 нм, что позволяет рассматривать его в качестве перспективного маркера в онкологии.
Конденсация циклоимида 38 с гептаацетатом аминолактозы под действием бензотриазол-1-илокси-трис(диметиламино)-фосфоний гексафторфосфата (BOP) позволила получить конъюгат 39 с высоким выходом (88%) (Схема 7).[43] После деацетилирования соединения 39 был выделен лактозилциклоимид 40. Присоединение углеводов к циклоимидам хлорина p6 наряду с улучшением растворимости в физиологических растворах в ряде случаев может обеспечить направленную доставку сенсибилизатора в опухоль за счет специфического связывания с соответствующими рецепторами на поверхности раковых клеток.[19]
Водорастворимый циклоимид 43 с пятью карбоксильными группами синтезирован взаимодействием Ж-3,5-бис(трифторметил)бензилцикло-имида хлорина р6 41 с 4-аминобензил-трет-бутилди-этилентриаминпентауксусной кислотой с последующим гидролизом образующегося хлорина 42 действием трифторуксусной кислоты (Схема 8).[44] Сравнительное изучение фотодинамической активности циклоимидов
42 и 43 на мышах С3Н с фибросаркомой (Я№) и мышах ВЛЬВ/с с карциномой прямой кишки со1оп-26 показало, что по сравнению с исходным соединением 41 циклоимид
43 лучше накапливается в опухоли (отношение опухоль/ кожа 5.06) и проявляет большую фотодинамическую активность (у 70% животных наблюдалось отсутствие опухоли на 90-й день).
Реакции с участием винильной группы
Ряд химических превращений выполнен по винильной группе в положении 3 макроцикла. С целью введения дополнительного гидрофобного заместителя в Ж-алкилциклоимиды последние обрабатывали раствором бромистого водорода в уксусной кислоте. Последующее взаимодействие образующихся 1-бромэтилзамещенных производных с соответствующими спиртами приводило к 3-алкоксициклоимидам. Так, при обработке Ж-гексилциклоимида хлорина р6 8е 30% раствором бромистого водорода в уксусной кислоте и затем 1-гептанолом был получен 3-(1'-гептилокси)этил-Ж-гексилциклоимид хлорина р6 36Ь с выходом 60 % (Схема 9).[1544] В качестве побочного продукта
С02Н
38
OR OR RO
J*"* OR
OR RO OR
a) Lac(OAc)7NH2, BOP; b) MeONa Схема 7. Синтез лактозилциклоимида мезохлоринаp6 40.
(СН2)5Ме
. I-39 R=Ac
'—►40 R = H
-CF3 /
v rrNH v
41 I R^M^J T
CF3 CF3
R
•N R >
R
a) 4-аминобензил-трет-бутил^ТРА, DCC, DMAP; b) TFA Схема 8. Получение водорастворимого циклоимида 43.
также образуется 3-(1-гептилокси-2-бром)этил производное 44. Выход последнего можно снизить при проведении реакции в безводных условиях, используя свежеприготовленный раствор НВг/АсОН и безводный карбонат калия.
Аналогичным образом синтезирован ряд 3-(1'-0-алкокси)этилциклоимидов хлорина р6 45-53 с различной длиной углеводородной цепи при 3-0 и 132-Ы-атомах. Полученные алкоксипроизводные обладают интенсивным поглощением при 700 нм с е = 45000. Исследования, проведенные на этой серии Ж-алкилциклоимидов, показали, что противоопухолевая активность повышается с увеличением липофильности и достигает максимума при ее среднем значении (logP = 10.3-10.8). Среди изученных 3-алкоксизамещенных Ж-алкил-циклоимидов лучшими кандидатами для ФДТ являются 3-(1'-гептилокси)этил-Ж-гексилциклоимид 36Ь и 3-(1'-гексилокси)этил-Ж-гептилциклоимид 48.[3]
Введение в структуру хлоринов фторированных заместителей также повышает их липофильность, что способствует улучшению транспорта через липидные мембраны. В синтезированном ряду циклоимидных про-
изводных 54-57 с различным расположением ароматических заместителей, циклоимиды, имеющие трифтор-метильные группы, проявляли повышенную фотодинамическую активность.[20,21] При этом, среди соединений с аналогичной липофильностью, Ж-фторированные аналоги оказались более эффективны. Как и в случае нефторированных производных, в этом ряду соединений положение заместителей в молекуле значительно влияет на биологическую активность. Следует отметить, что в случае фторированных циклоимидов увеличение длины алкоксильной цепи в положении 31 макроцикла приводит к повышению фотодинамической активности и О-додецилпроизводное имеет наибольшую фотодинамическую активность (у 50 % животных наблюдалось отсутствие опухоли на 60-й день).
Окисление винильной группы в формильную позволяет существенно сместить максимум поглощения циклоимидов в длинноволновую область. Так, действием периодата натрия в присутствии каталитических количеств тетраоксида осмия циклоимид 8е превращен в 3-формилхлорин 61.[45] Аналогичным образом из соединений 15а, 58а, 59 и 60 получены формилпроизводные
Ме.. .0(СН2)6Ме
в.г 0(СН2)6Ме
С02Ме
(СН2)5Ме
8е
С02Ме (сн2)5Ме
36 ь Ме, СЖ1
С02Ме
С02Ме (СН2)5М е 44
45 Р1=
46
47
48 Р1=
49
50 Р1=
51
52 Р1=
53
Ме, К2=(СН2)5Ме Ме, К2=(СН2)10Ме (СН2)2Ме, Р2=(СН2)9Ме (СН2)5Ме, R2=(CH2)6Me (СН2)9Ме, Р2=(СН2)2Ме (СН2)10Ме, К2=Ме (СН2)5Ме, Р2=Ме (СН2)5Ме, R2=(CH2)10Me (СН2)10Ме, К2=(СН2)5Ме
а) НВг/АсОН; Ь) Ме(СН2)пОН
Схема 9. Синтез 3-(1'-алкилокси)этил-Ж-алкилциклоимидов хлорина р6.
62-65 (Схема 10).[18-23-24] Выход 3-формилхлоринов составил 60-65%. В электронных спектрах поглощения полученных соединений наблюдается смещение максимума основной полосы в длинноволновую область по сравнению с исходными циклоимидами
на 35-37 нм. Дальнейшее смещение максимума в длинноволновую область наблюдалось при конденсации 3-формилциклоимида 62 с малононитрилом.[23,24] Полученный хлорин 66 имел максимум поглощения при 754 нм. Восстановление формильной группы в циклоимидах 61 и 62 боргидридом натрия приводит к 3-гидроксиметилзамещенным циклоимидам 67, 68 и сопровождается существенным гипсохромным сдвигом максимума поглощения до 708 нм.[23,24]
При замещении одного из атомов водорода в винильной группе на формильный заместитель наблюдается батохромный сдвиг полосы Q, хотя и в меньшей мере, чем при введении формильной группы в положение 3 макроцикла. 3-(2'-Формилвинил)цикло-имиды 71, 72 были получены обработкой медных комплексов циклоимидов 69 и 70 реагентом Вильсмейера. В химии хлоринов эта реакция обычно применяется для синтеза 20-формилхлоринов.[46-49] Однако, при наличии в хлориновом макроцикле винильной группы, она первой взаимодействует с комплексом Вильсмейера. После удаления металла из соединений 71 и 72 были выделены 3-(2'-формилвинил)производные 73 и 74 с интенсивной полосой поглощения при 744 нм.
Н»
Me
■Ч/ "4s__
— NH N=
)
— N HN~
II
КГ]
О
CO,R2
I
R1
8e R1=(CH2)5Me, R2=Me 15a R1=(CH2)3OH, R2=H 58a R1=OAc, R2=H
59 R1=OMe, R2=Me
60 R1=(CH2)4(pHC02Et, R2=Me
NH,
61 R1=(CH2)5Me, R2=Me
62 R1=(CH2)3OH, R2=H
63 R1=OAc, R2=H
64 R1=OMe, R2=Me
65 R =(CH2)4CHC02Et, R2=Me
69 R=OAc
70 R=(CH2)5Me
g,h g
66 R1=(CH2)3OH, R2=CH=C(CN)2
67 R1=(CH2)5Me, R2=CH2OH
68 R1=(CH2)3OH, R2=CH2OH
— 71 R=OAc, M=Cu - 72 R=(CH2)5Me, M=Cu •-73 R=OAc, M=2H
*■ 74 R=(CH2)5Me, M=2H
a) OsO4/NaIO4; b) CH2(CN)2, C5H5N; c) NaBH4; d) Cu(OAc)2; e) DMF-POCl3; f) NaHCO3-H2O; g) TFA-H2SO4; h) Ac2O Схема 10. Синтез 3-формил-, 3-(2'-формилвинил)циклоимидов хлоринаp и их химические превращения.
C02Me (CH2)5Me 67
OR .OR RO
о or
OR OR
OR
RO
RO.
C02Me (CH2)5Me
ьС^
75 R=Ac
76 R=H
OR
C02Me
"N" "O COzMe (CH2)5Me
h I— 79 R=Ac 80 R=H
b[^77 R=Ac
"78 R=H
a) Lac(OAc)8, BF3Et2O; b) MeONa; c) Glu(OAc)5, BF3Et2O; d) Gal(OAc)5, BF3 Et2O
Схема 11. Получение конъюгатов Л-гексилциклоимида с лактозой, глюкозой и галактозой.
3-Формильная и 3-гидроксиметильная группы могут быть использованы при получении конъюгатов циклоимидов с другими биологически активными соединениями. Так, взаимодействием 3-гидроксиметил-Л-гексилциклоимида 67 с октаацетатом ув-лактозы в присутствии эфирата трехфтористого бора получен лактозилциклоимид 75 (Схема 11).[43] В аналогичных условиях циклоимид 67 реагировал с пентаацетатами y-D-глюкозы и y-D-галактозы с образованием соединений 77 и 79 с выходом 75-80%. После дезацетилирования циклоимидов 75, 77 и 79 действием метилата натрия в смеси хлористый метилен-метанол были выделены гликозилциклоимиды 76, 78 и 80.
Следует отметить, что 3-лактозилциклоимид 76 имел в 4-5 раз большую фотодинамическую активность, чем 8- и 12-лактозилпроизводные в экспериментах in vitro, а in vivo это соединение было наиболее активно по сравнению с конъюгатами Л-гексилциклоимида с глюкозой 78 и галактозой 80.
При кипячении 3-формил-Л-гексилциклоимида 61 с фуллереном C60 и Л-метилглицином была получена циклоимид-фуллереновая диада 81 (Схема 12) в виде смеси двух диастереомеров, каждый из которых имел два атропоизомера в соотношении 1:1:0.6:0.6.[50] Образование диастереомеров обусловлено созданием нового хирального центра в положении 2', а причиной атропои-зомеризма является короткая связь между фуллереном и хлориновым макроциклом, что ограничивает свободное
вращение объемного заместителя. Изучение фотохимических свойств синтезированной диады показало, что в отличие от известных порфирин-фуллереновых систем, фотовозбуждение цинкового комплекса диады циклои-мид хлорина р6 - фуллерен 82 приводит к образованию долгоживущего состояния с разделенными зарядами с чрезвычайно большим временем жизни (120 секунд при -150°С). Подобные донорно-акцепторные структуры вызывают большой интерес в связи с созданием искусственных модельных систем для изучения фотоиндуци-рованного переноса энергии возбуждения, электронного транспорта и других фотопроцессов, протекающих в природе.
Никелевые комплексы 3-формил- и 3-(2'-формилвинил)-Ж-гексилциклоимидов 83 и 85 в присутствии ТЮ14/2п в тетрагидрофуране образуют в-в'-связан-ные димеры 84 и 86 (Схема 13).[51] В электронных спектрах поглощения димеров 84 и 86 наблюдается расщепление полосы Соре (X = 421 и 393 нм), аналогичное спектру циклоимида мезохлорина р6, а также интенсивные полосы поглощения в видимой области при 714-716 нм и две дополнительные полосы при 556-560 и 677683 нм. Таким образом, увеличение длины спейсера практически не влияет на положение максимума поглощения соединений 84 и 86. Электрохимические исследования соединений 84 и 86 показали, что димер с более длинным спейсером 86 легче восстанавливается и легче окисляется, чем исходный мономер.
С02Ме (СН2)5Ме 61
С02Ме (СН2)5Ме
-81 М=2Н
ь I—«
° '-»►82 м=гп
а) С60, МеЫСН2С02Н; Ь) гп(ОЛс)2
Схема 12. Синтез донорно-акцепторной системы Ж-гексилциклоимид - фуллерен С60.
Ме02С
С02Ме (сн2)5Ме 83
Н Г. > О (С2Н2)5Ме Ме
С02Ме
Ме02С.
С02Ме (Сн2)5Ме 85
С02Ме
а) TiCl4/Zn
Схема 13. Димеризация никелевых комплексов 3-формил- и 3-(2'-формилвинил)-Ж-гексилциклоимидов хлорина р6.
Модификация заместителей при атоме азота циклоимида
Наличие гидроксильной и аминогрупп при атоме азота в циклоимидах открывает широкие возможности для получения разнообразных Ж-замещенных производных. Так, циклоимиды, содержащие гидроксильную группу при атоме азота, метилируются диазометаном, превращаясь в Ж-метоксициклоимид 59 с выходом 89% (Схема 14).[23,24] Алкилированием Ж-гидроксициклоими-
да 28Ь йодистым метилом или 1-бром-3-хлорпропаном в присутствии гидрида натрия в диоксане синтезированы Ж-метокси- и Ж-(3-хлорпропилокси)циклоимиды 59 и 87. В электронных спектрах этих соединений максимумы поглощения находятся в области 711 нм.
Ж-Гидроксициклоимиды реагируют с ангидридами карбоновых кислот. Обработка соединений 28а и 28Ь уксусным ангидридом в диоксане приводит к Ж-ацетоксициклоимидам 58а и 58Ь с выходом 69 и 73%.[2324] При взаимодействии Ж-гидроксициклоимида
28Ь с янтарным ангидридом в пиридине получен Ж-метоксисукцинилоксициклоимид 88 с выходом 75%. Хлорангидриды карбоновых кислот, например пальми-тоилхлорид, реагируют с Ж-гидроксициклоимидом 28Ь в хлороформе в присутствии пиридина с образованием Ж-пальмитоилоксициклоимида хлорина р6 89 с высоким выходом. Ж-Гидроксициклоимид 28Ь фосфорилировали оксихлоридом фосфора и обрабатывали спиртами и диэтиламином с образованием фосфатов 90, 91 и фосфамида 92.[52]
При изучении биологической активности алкилированных и ацилированных производных Ж-гидроксициклоимида хлорина р, а также их сравнении с Ж-(3-гидроксипропил)циклоимидом 25а было
обнаружено, что варьируя заместители при атоме азота имидного кольца можно изменять внутриклеточную локализацию фотосенсибилизатора, направляя его преимущественно в аппарат Гольджи (соединения 25а, 58а) или во внутриклеточные липидные капли (соединение 59).[28] При этом оба типа локализации обеспечивают высокую фотоиндуцированную фототоксичность этих соединений.
Свободная аминогруппа при атоме азота имидного кольца также легко вступает в реакции алкилирования,
тозилирования и ацетилирования.
[31,32] Так,
при
обработке циклоимида 31 метилиодидом получено Ж,Ж-диметиламинопроизводное 93. Аналогично из Ж-аминоциклоимида 31 и тозилхлорида синтезировано
С02Ме
90 R=OMe
91 R=OEt
92 R=NEt2
OCOR2
58a R1=H, R2=Me 58b R1 = Me, R2=Me
88 R1 = Me, R2=CH2CH2C02Me
89 R1 = Me, R2=C15H31
g,h или i
C02Me
31 93 R1 = R2=Me
94 R1 = H, R2=S02C6H4Me
I- 95 R1 = H, R2= COC5H4N
6 I—»-96 R1 = H, R2=COC5H4NT
Me
a) NaH; b) CH3I или Cl(CH2)3Br; c) Ac2O или (CH2CO)2O, C5H5N; d) CH2N2; e) POCl3, Et3N, CH2Cl2; f) MeOH, EtOH или NHEt2; g) Mel; h)
ClSO2C6H4Me; i) CICCOC5H4N
Схема 14. Синтез и химические превращения 13,15-Ж-гидрокси- и Ж-аминоциклоимидов.
Ж-тозилзамещенное производное 94. Ацилированием циклоимида 31 хлорангидридом изоникотиновой кислоты получен хлорин 95, а кватернизация атома азота в пиридиновом кольце дает катионный циклоимид 96, проявивший высокую антимикробную, фунгицидную и фотодинамическую активности.[53]
Ряд углеводных производных получен из Ж-пропинилциклоимида 14, синтезированного из пурпурина 18 и пропаргиламина.[19] Интерес к подобным
соединениям связан со способностью раковых клеток интенсивно экспрессировать на поверхности галектин ва1-1.[54] Такие сахара, как в-Э-галактоза и в-Б-лактоза обладают повышенной специфичностью к галектинам, что обеспечивает хорошее накопление фотосенсибилизаторов в опухоли.
Ж-Пропинилциклоимид хлорина р6 14 обрабатывали в-Э-амилгалактопиранозой в хлористом метилене в присутствии соли рутения как катализатора (Схема 15).[19]
С02Ме
14
С02Ме
он
он
102
OR (— 97 R=Ac С L»-98 R=H
OR
99
a) тетра-0-ацил-1-0-аллил-6^-галактопираноза, [Ru(bpy)3](PF6)3; b) MeO2CCECCO2Me, C6H5Me, А; с) MeONa/MeOH, CH2Cl2
Схема 15. Синтез углеводных конъюгатов циклоимида хлорина p6. 44
RO
OR
OAc Оде OAc
^ AcOPd2dba3/Ph3As; b) MeONa OAc AcO"^"/^
OR
I— 103 R=Ac b I—»-104 R=H
OAc
Схема 16. Получение лактозилциклоимида.
Соединение 97 выделено с выходом 40%. После кипячения циклоимида 97 с диметиловым эфиром ацетилендикарбоновой кислоты в толуоле синтезирован аддукт 99. Обработкой соединения 97 метилатом натрия получено соединение 98. В подобных условиях аддукт 99 превращается в циклоимиды 100 и 101. Аналогичным образом синтезирован циклоимид хлорина p6, содержащий лактозу 102, с выходом 30%.
Изучение циклоимидов, содержащих фрагмент галактозы и лактозы, in vitro и in vivo показало, что по сравнению с исходным Ж-пропинилциклоимидом 14, конъюгаты 98, 100 и 102 обладают большей фотосенсибилизирующей активностью и наиболее эффективным среди них является циклоимид 102. Интересно отметить, что уменьшение гибкости диеновой системы при переходе от соединения 98 к соединению 100 не вызывает снижения фотодинамической активности. На линии мышей C3H с трансплантированной
опухолью RIF в дозе 5.0 ммоль/кг при использовании углеводсодержащих конъюгатов 98 и 100 наблюдалось излечение 50% мышей. [19]
Присоединение к циклоимиду 17 лактозы было осуществлено обработкой хлорина гептаацетатом пропаргиллактозы в присутствии трис(дибензилиденацетон)дипалладия(0) (Pd2-dba3) и трифениларсина с образованием конъюгата 103 (Схема 16).[43] После дезацетилирования соединения 103 был получен лактозилциклоимид 104.
Аналогично получению конъюгатов
Ж-пропинилциклоимида хлорина p6 с углеводами были синтезированы искусственные фотосинтетических системы циклоимид хлорина р6-фуллерен.[55] В качестве субстрата выступало как свободное основание метилового эфира Ж-пропинилциклоимида 14, так и его цинковый комплекс 105 (Схема 17). Соответствующее диеновое производное получали пропусканием этилена через
С02Ме
14 М=2Н 105 M=Zn
106 М=2Н
107 M=Zn
a) катализатор Граббса, CH2=CH2, CH2Cl2; b) C60, толуол, А Схема 17. Синтез фотосинтетической системы циклоимид хлорина p6 - фуллерен С60.
раствор циклоимидов в дихлорметане в присутствии соли рутения. Кипячение полученных диенсодержащих хлоринов 106 и 107 с фуллереном в толуоле приводило к образованию диад 108 и 109.
Реакции по 20-мезо-положению и модификация пиррольного кольца А
20-мезо-Положение циклоимидов хлорина р6 находится под влиянием близко расположенного гидрированного кольца D и проявляет повышенную склонность к реакциям электрофильного замещения. Под действием комплекса Ж,Ж-диметилформамида с POCl3 происходит замещение водорода у атома углерода в 20-мезо-положении хлоринового макроцикла. Рунгта
и др.,[56] формилируя никелевый комплекс метилового эфира Ж-гексилциклоимида мезохлорина р6 110 комплексом DMF-POQ3, получили соответствующий 20-мезо-формилциклоимид 111, деметаллирование которого серной кислотой давало свободное основание 112 (Схема 18). Последовательным восстановлением соединения 112 боргидридом натрия до 20-гидроксиметилциклоимида 113 и его обработкой раствором НВг/АсОН и 1-гептанолом получен 20-гептилоксиметилциклоимид 114.
Использование комплекса 3-(Ж,Ж-диметиламино) акролеина с РОС13 для синтеза различных хлориновых производных, содержащих в мезо-положении тетрапиррольного макроцикла 2-формилвинильную группу, впервые было описано в работах Смита с
на
С02Ме
a,b
С02Ме .
2 (СН2)5Ме
I— 111 R=CHO, M = Ni 112 R=CHO, М=2Н d р»- 113 R=CH2OH. М=2Н e'f I-»» 114 R=CH2OC7H15, M=2H 115 R=CH=CHCHO, M = Ni
H Me,
на
С02Ме I ,, , „ 2 (CH2)5Me
116
(CH2)5Me 118
a) DMF-POCl3 или DMA-POCl3; b) NaHCO3; c) H2SO4; d) NaBH4; e) HBr/AcOH; f) C7H15OH; g) CF3CO2H; h) H2/Pd-C
Схема 18. Синтез 20-мезо-замещенных W-гексилциклоимидов и циклоимидов изобактериохлоринов.
сотр.[57,58] В отличие от формилирования комплексом DMF-POQ3, формилирование хлоринов комплексом DMA-POQ3, вне зависимости от наличия реакционноспособной в условиях реакции Вильсмейера винильной группы, приводит к 20-мезо-замещенным производным. Взаимодействием никелевого комплекса Ж-гексилциклоимида мезохлорина р6 110 с комплексом DMA-POQ3 был получен 20-(2'-формилвинил) циклоимид 115 с выходом 42%.[58]
20-(2'-Формилвинильные) производные
хлоринов в кислой среде циклизуются с образованием «бензохлоринов». Под действием трифторуксусной кислоты формилвинилциклоимид 115 подвергался внутримолекулярной циклизации, превращаясь в смесь диастереоизомеров 3-этиленизобактериохлорина 116, каталитическое гидрирование которых, в зависимости от продолжительности проведения реакции, приводит к циклоимидам 117 или 118.
Обработкой никелевого комплекса 20-(2'-формил-винил)циклоимида 115 трифторметилтриметилсиланом получена смесь циклоимидов 119 и 120, последующее взаимодействие которых с ТТЛ при комнатной температуре привело к образованию никелевого комплекса фторированного изобактериохлорина 121 (Схема 19).[59] При замене ТТЛ на серную кислоту в качестве основного продукта выделено свободное основание хлорина 122.
Фторсодержащие циклоимиды изобактерио-хлоринов представляют интерес для оценки
119 1Ч=-081
120 [*=ОН
фотодинамической активности замещенных
изобактериохлоринов, а также для изучения их фармакокинетики с помощью 19F ЯМР спектроскопии.
Металлокомплексы 20-формил- и 20-(2'-формил-винил)хлоринов под действием координационного комплекса TiIII с диметиловым эфиром 1,2-диметокси-этанэтиленгликоля TiQ3(DME)15 и 2п-Си пары (реакция МакМурри) димеризуются с образованием бис-макроциклических соединений, связанных одной или тремя двойными углерод-углеродными связями.[51] Однако, в случае циклоимидов хлорина р6, использование этого метода не привело к образованию ожидаемых димеров. Никелевый комплекс 20-(2'-формилвинил)-Ж-3,5-бис(трифторметил)бензилциклоимида мезохлорина р6
123 подвергался внутримолекулярной циклизации с образованием циклоимида бензоизобактерио-хлорина
124 (Схема 20). В качестве минорного компонента был также выделен хлорин 125.[51] Увеличение времени реакции приводит к тому, что основным продуктом является изобензохлорин 124.
В то же время, использование модификации реакции МакМурри с заменой ^С^фМЕ^ 5 - гп(Си) на Ж14/2п при обработке 20-формилциклоимида мезохлорина р6 111 позволило получить димер 126 (Схема 21). В аналогичных условиях 20-(2'-формилвинил) хлорин 115 реагировал с образованием димера 127, в котором циклоимидные фрагменты связаны транс-транс-транс-гексатриеновым спейсером.[51]
а) Me3SiCF3; Ь) СР3С02И; с) H2SO4 Схема 19. Получение циклоимидов фторзамещенных изобактериохлоринов.
а) TiCl3(DME)15, Zn(Cu)
Схема 20. Циклизация никелевого комплекса 20-(2'-формилвинил)производного Ж-3,5-бис(трифторметил)бензилциклоимида мезохлорина р6.
онс
(СН2)5Ме С02Ме
С02Ме (СН2)5Ме 111
126
С02Ме (СН2)5Ме
ОНО
С02Ме (СН2)5Ме 115
(СН2)5Ме С02Ме
127
С02Ме (СН2)5Ме
а) ТЮ14^п
Схема 21. Димеризация 20-формил- 111 и 20-(2'-формилвинил)- 115 Ж-гексилциклоимидов мезохлорина р
Превращения в пиррольном кольце D
Химическая модификация пиррольного кольца Э в хлоринах существенно затруднена из-за наличия в нем двух яр^-углеродных атомов. Кроме того, в присутствии окислителей этот пиррольный фрагмент теряет два атома водорода и хлориновый макроцикл переходит в более устойчивый порфирин. Одним из наиболее широко используемых окислителей является 2,3-дихлор-5,6-
дициан-1,4-бензохинон (DDQ).[60] В этой связи большой интерес представляет обнаруженная нами реакция, которая заключается во внутримолекулярной окислительной конденсации с участием неэтерифицированного остатка пропионовой кислоты в кольце Э в присутствии DDQ, приводящая к образованию 5-лактонного цикла с сохранением хлориновой структуры.[61,62] В то же время, если предварительно проэтерифицировать остаток пропионовой кислоты, то при обработке DDQ образуется
исключительно порфирин. Этим очевидно объясняется тот факт, что, несмотря на многочисленные работы по окислению производных хлорофилла a, образование хлоринов с 5-лакгонным циклом ранее не наблюдалось.
Обнаруженное превращение было изучено нами на широком круге соединений, включая феофорбид a, пирофеофорбид a, хлорин />й,[6364] пурпурин 18,[62] циклоимиды хлорина pй.[24•65] Показано, что во всех случаях реакция протекает стереонаправленно и образующийся 5-лактон находится над плоскостью хлоринового цикла.
Обработка полученных лактонов кислотами и щелочами приводит к введению гидроксильной группы в положение 18 макроцикла и регенерации исходного кислотного остатка.[62] Раскрытие лактонного цикла протекает, также как и его образование, стереоспецифично и в результате остаток пропионовой кислоты и соседняя метильная группа сохраняют свою прежнюю «природную» конфигурацию, а гидроксильная группа располагается над плоскостью основного макроцикла. Данная реакция может быть использована для введения, наряду с гидроксильной группой, также дополнительных полярных заместителей по остатку пропионовой кислоты, что позволяет улучшить растворимость хлоринов в полярных растворителях. Использование в качестве нуклеофильных агентов аммиака, гидразингидрата, гидроксиламина, этаноламина и 3-аминометилпиридина позволило получить с высоким выходом группу 18-гидроксизамещенных хлоринов с остатком
пропионовой кислоты, модифицированным различными гидрофильными заместителями. На Схеме 22 показан один из описанных синтезов. Исходный пурпурин 18 1a при обработке DDQ превращался в лактон 128. Его конденсациясЗ-аминопиридиномвстандартныхусловиях давала циклоимид 129. При кипячении последнего в тетрагидрофуране с 3-аминометилпиридином с высоким выходом (73%) происходило раскрытие 5-лактонного цикла с образованием соединения 130. Полученный хлорин обрабатывали метилиодидом и в результате с количественным выходом был получен дикатион 131. Хорошая растворимость этого соединения в воде за счет двух положительных зарядов и гидроксильной группы и интенсивное поглощение в ближней ИК-области спектра позволяет рассматривать его в качестве перспективного ФС для медицинского использования.
Модификация пиррольного кольца B и превращения в кольце C
Окисление 3-формилциклоимидов тетраоксидом осмия в присутствии пиридина приводит к 7,8-дигидроксибактериохлоринам. Гидроксилирование двойных углерод-углеродных связей под действием тетраоксида осмия известно уже достаточно давно, однако дебаты по поводу механизма этой реакции продолжаются до сих пор. Было предложено два альтернативных механизма образования стабильного осмиевого комплекса с двумя связями углерод- кислород.
a) DDQ; b) 3-аминометилпиридин, THF, 20°C, 2 ч; c) 3-аминометилпиридин, THF, 66°C, 2.5 ч; d) CH3I Схема 22. Синтез S-лактонов и 18-гидроксипроизводных циклоимидов хлорина p6.
°Ч О
I V * *о
Ь)сЛо
Ч 0 в *0
°ч 0 0^-0 в и
°ч 0 Оег~
с^Ь
о ,9
// \
с£.и
Ь=05И5М
°ч О
о
Схема 23. Возможные механизмы гидроксилирования С=С связей под действием тетраоксида осмия.
С02Ме
а,Ь
61 К=(СН2)5Ме 65 R=(CH2)4CHC02Et МН,
132 К=(СН2)5Ме
133 К=(СН2)4рНС02Е1
МН2
а) С^04, С5Н5Ы, СН2С12; Ь) Н2Э Схема 24. Синтез циклоимидов 7,8-дигидроксибактериохлоринов.
а) H2S04
Схема 25. Синтез А'-гексилциклоимидов 7-кето- и 8-кетобактериохлоринов.
В результате циклоприсоединения две связи могут образовываться одновременно (а) или последовательно (Ь) (Схема 23).[3]
Было показано, что региоспецифичность окисления в этой реакции в значительной степени зависит от наличия электроноакцепторных групп в макроцикле.[66] Преимущественному окислению обычно подвергается пиррольное кольцо, соседнее с электроотрицательной группой. При этом основным продуктом реакции является дигидроксибактериохлорин.[67] Так, окисление 3-формилциклоимидов 61 и 65 тетраоксидом осмия в присутствии пиридина приводит к 7,8-дигидроксибактериохлоринам 132, 133 (Схема 24).[16]
В результате пинаколиновой перегруппировки в кислых условиях дигидроксипроизводные могут
превращаться в соответствующие кетобактериохлорины. Способность заместителей к миграции при пинаколи-новой перегруппировке также зависит от наличия электроноакцепторных групп. В случае хлориновых систем, когда в качестве электроноакцепторной группы выступает только экзоциклическое кольцо, например при обработке кислотой Ж-гексилциклоимида 7,8-дигидроксибактериохлорина 134, образуется
7-кетобактериохлорин 135 (за счет миграции 7-СН3 группы) и 8-кетобактериохлорин 136 (за счет миграции
8-СИ2СИ3 группы) в соотношении 3:2 (Схема 25).[3] Биологические испытания этих соединений показали, что 7- и 8-кетобактериоциклоимиды накапливаются в опухоли в высокой концентрации, при этом 7-кетопроизводные являются более эффективными.
В отличие от пинаколиновой перегруппировки вицинальных дигидроксибактериохлоринов, приводящей к 7- и 8-кетоаналогам, при кипячении цикло-имидов 134 и 137 в о-дихлорбензоле образуются только 8-кетобактериохлорины 136 и 138 (Схема 26).[68] После хроматографического деления 8-кетобактериоциклоимиды 136, 138 были получены с выходом 9-12%. Другими продуктами этой реакции явились 8-винилциклоимиды 139 и 140 (выход 5055%). Это указывает на то, что гидроксильная группа в положении 7 отщепляется первой с образованием карбокатиона, который быстро перегруппировывается в 8-кетопроизводное.
Особый интерес представляли продукты, которые по данным масс-спектрометрии имеют димерную структуру. Анализ данных спектров 'Н ЯМР/ROESY позволил приписать этим соединениям структуры 141 и 142. В соответствии с предложенным механизмом[68] первоначально гидроксильная группа в положении 7 отщепляется и образующийся карбокатион быстро перегруппировывается в 8-кето-производное. В результате элиминирования второй гидроксильной группы генерируется термодинамически более выгодный карбокатион, который реагирует с винильным производным, что приводит к образованию димера.
При кипячении вицинального дигидрокси-бактериоциклоимида 134 и диметилового эфира родопорфирина IX 143 в о-дихлорбензоле получен гетеродимер 144 с выходом 31% (Схема 27).[68]
С целью изучения влияния взаимного расположения заместителей в сенсибилизаторах на фотодинамическую активность 8-винил-Ж-гексилциклоимид 139 за счет обработки раствором НВг/АсОН и затем 1-гептанолом был превращен в 8-(1'-гептилокси)этилзамещенный циклоимид 145 (Схема 28).[56] Показано, что это соединение накапливается в раковых клетках практически также, как и 3-(1'-гептилокси)этил-Ж-гексилциклоимид 36Ь, однако при этом не проявляет фотодинамической активности. Очевидно, способность сенсибилизатора накапливаться в опухоли не является достаточным условием для его эффективности.
Производные бактериоциклоимидов могут быть также синтезированы взаимодействием 8-винилхлоринов с различными диенофилами. Циклоимиды 139 и 147 реагируют с диметиловым эфиром ацетилендикарбоновой кислоты (DMAD) и БВи с образованием соответствующих аддуктов 146 и 148 (Схема 29).[11] Изучение биологической активности этих соединений показало, что эти бактериоциклоимиды проявляют значительную фотодинамическую активность, вызывая слабую фотосенсибилизацию кожи.
С02Ме
СОгМе (СН2)5М
134
137 R=CH(CHз)OC7H15
136 R=Et
138 Р=СН(СН3)С7Н15
(СН2)5Ме
141 R=Et
142 Р=СН(СН3)ОС7Н15
134 +
С02Ме
С02Ме
143
а) о-дихлорбензол, А
Схема 26. Получение бис-хлориновых димеров.
Ме02С
Ме02С-
а) о-дихлорбензол, А
., —С02Ме Ме
144
Схема 27. Синтез гетеродимера 144.
С02Ме
С02Ме
(СН2)5Ме — 2— (СН2)5Ме
139 145
а) НВг/АсОН; Ь) Ме(СН2)60Н
Схема 28. Синтез 8-(1'-гептилокси)этил-А'-гексилциклоимида хлорина р6.
О,С 002Мв
С02Ме к
139 К=(СН2)5Ме
С02Ме д
146 К=(СН2)5Ме
147 К= — СН2-
СР,
148 [Ч=-СН2
СР,
СР.
СР3
а) Ме02ССЕСС02Ме, DBU Схема 29. Получение бактериоциклоимидов 146 и 148 из соответствующих 8-винилциклоимидов.
"N4
Н»
Ме
N Н1\Г
А
'Н1
О^м
С02Ме (СН2)5Ме 139
сно
С02Ме (СН2)5Ме 149
С02Ме (СН2)5Ме
а) 0s04/NaI04; Ь) МеЫНСН2С02Н, С60, толуол, А Схема 30. Синтез 8-фуллерензамещенного А'-гексилциклоимида.
Окисление 8-винилциклоимида 139 OsO4/NaЮ4 приводит к образованию 8-формилпроизводного 149. Взаимодействием соединения 149 с фуллереном С60 и Ж-метилглицином при кипячении в толуоле получена диада 150 (Схема 30).[50] Она представляет смесь изомеров с соотношением диастереомеров и атропоизомеров
1:1:0.3:0.3. Действием на соединение 150 ацетата цинка получен металлокомплекс диады 151.
При взаимодействии Ж-гексилциклоимида 8е с гидроксидом лития в присутствии кислорода получена смесь 12-гидроксиметилциклоимида 12 (33%) и 12-формилциклоимида 11 (26%) (Схема 31). Окисление
С02Ме (СН2)5Ме 8е
Л
+
•МН
СН2ОН
С02Ме (СН2)5Ме
12 I Ь
Н> Ме
\\ / N Н1Ч"
II сно
'Н
О'
I
С02Ме (СН2)5Ме
I у/ 11
С02Ме (СН2)5Ме
152 М=2Н
153 м=гп
а) LiOH/H2O; Ь) ТРАР, NMO; с) С60, МеЫНСН2С02Н, толуол, А; ё) гп(ОАс)2
Схема 31. Получение 12-фуллерензамещенного А'-гексилциклоимида.
С02Ме (СН2)5Ме 154
С02Ме (СН2)5Ме 155
1*0 1*0 с
01* О"
1*0. 01* (Ж
С02Ме (СН2)5Ме
„ |— 156 Р=Ас с
•157 Р=Н
1*0 |*0 с
ои 01*
!*Оч 01* 01*
С02Ме (СН2)5Ме 158
N1" ""О С02Ме (СН2)5Ме
с I— 159 [*=Ас 160 [*=Н
а) NaBH4; Ь) Lac(OAc)8, BFз■EЮH; с) MeONa Схема 32. Синтез 8- и 12-лактозилциклоимидов.
соединения 12 тетрапропиламмонийперрутинатом (TPAP) в присутствие 4-метилморфолин-Ж-оксида (NMO) дает 12-формилциклоимид 11 с выходом 65%. Взаимодействием циклоимида 11 с фуллереном получено соединение 152 в виде двух диастереомеров с выходом 27%. Интересно отметить, что, в отличие от диад 81 и 150, в данном случае атропоизомеры не образуются. Возможно, имидное кольцо ограничивает вращение фуллеренового фрагмента относительно связи C12-C2'. Изучение спектров флуоресценции диад 81, 150 и 152, а также их цинковых комплесов 82, 151 и 153 показало, что для них характерно значительное снижение интенсивности флуоресценции по сравнению с исходным циклоимидом и его цинковым комплексом, что указывает на быстрое тушение возбужденного синглетного состояния фуллереном.
Гидроксиметилпроизводные циклоимидов
мезохлорина p6 154 и 158 были использованы для получения конъюгатов с лактозой 156 и 159 (Схема 32).[42] После удаления ацетильной защиты действием метилата натрия были выделены соединения 157 и 160.
Заключение
Таким образом, химические превращения циклоимидов в ряду хлорофилла a открывают широкие возможности для синтеза разнообразных производных природных хлоринов. Эти соединения представляют особый интерес, поскольку обладают хорошими спектральными характеристиками, способностью накапливаться в опухоли в высоких концентрациях, а также, в большинстве случаев, высокой фотодинами-ческой активностью, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных фотосенсибилизаторов для биологии и медицины.
Список литературы References
1. Hynninen P.H. Chemistry of Chlorophylls: Modifications. In: The Chlorophylls. (Scheer H., Ed.). CRC Press: Boca Raton., FL, 1991. p. 146-209.
2. Bonnett R. Chemical Aspects of Photodynamic Therapy. Gordon and Breach Science Publishers, 2000. 324 p.
3. Pandey R.K., Zheng G. Porphyrins as Photosensitizers in Photodynamic Therapy. In: The Porphyrin Handbook. Applications: Past, Present and Future. (Kadish K.M., Smith K.M., Guilard R., Eds.). Academic press, Boston, Vol. 6, 2000. p. 157-230.
4. Mironov A.F. Fotodynamicheskaya Terapia Raka [Photodynamic Cancer Therapy]. In: Uspekhi Khimii Porfirinov [Advances in Porphyrin Chemistry]. (Golubchikov О.А., Ed.). St. Petersburg, NII Khimii SPbGU, 1997. p. 357374 (in Russ.).
5. Kessel D., Woodburn K. Int. J. Biochem. 1993, 25, 1377-1383.
6. Bonnett R. Chem. Soc. Rev. 1995, 24, 19-33.
7. Mironov A.F. Proc. SPIE 1996, 2728, 150-164.
8. Mironov A.F. Ross. Khim. Zh. 1998, N. 5, 23-26 (in Russ.).
9. Pandey R.K. J. Porphyrins Phthalocyanines 2000, 4, 368373.
10. Osterloh J., Vicente M.G.H. J. Porphyrins Phthalocyanines 2002, 6, 305-324.
11. Pandey R.K., Goswami L.N., Chen Y., Gryshuk A. Lasers in Surgery and Medicine 2006, 38, 445-467.
12. Ethirajan M., Chen Y., Joshi P., Pandey R.K. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 340-362.
13. Lee S.-J., Jagerovic N., Smith K.M. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1993, 2369-2377.
14. Zheng G., Potter W.R., Smith K.M., Dougherty T.J., Pandey R.K. Bioorg. J. Med. Chem. Lett. 2000, 10, 123-127.
15. Zheng G., Potter R., Camacho S.H., Missert J.R., Wang G., Bellnier D.A., Henderson B.W., Rodgers M.A.J., Dougherty T.J., Pandey R.K. J. Med. Chem. 2001, 44, 1540-1559.
16. Pandey R.K., Dougherty T.J., Smith K.M., Shaiu F.Y. Patent WO № 95/32206, 1995.
17. Kozyrev A.N., Zheng G., Zhu C., Dougherty T.J., Smith K.M., Pandey R.K. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 6431-6434.
18. Pandey R.K., Dougherty T.J., Smith K.M., Shiau F.-Y. Patent US № 5591847, 1997.
19. Zheng G., Graham A., Shibata M., Missert J.R., Oseroff A.R., Dougherty T.J., Pandey R.K. J. Org. Chem. 2001, 66, 87098716.
20. Gryshuk A., Chen Y., Goswami L., Pandey S., Missert J.R., Ohulchanskyy T., Potter W., Prasad P.N., Oseroff A., Pandey R.K. J. Med. Chem. 2007, 50, 1754-1767.
21. Gryshuk A., Graham A., Pandey S.K., Potter W.R., Missert J.R., Oseroff A., Dougherty T.J., Pandey R.K. Photochem. Photobiol. 2002, 76, 555-559.
22. Kozyrev A.N., Zheng G., Lazarov E., Dougherty T.J., Smith K.M., Pandey R.K. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 3335-3338.
23. Mironov A.F., Lebedeva V.S., Yakubovskaya R.I., Kazachkina N.T., Fomina G.I. Proc. SPIE 1999, 3563, 59-67.
24. Mironov A.F., Ruziev R.D., Lebedeva V.S. Russ. J. Bioorg. Chem. 2004, 30, 466-476.
25. Feofanov A., Grichine A., Karmakova T., Pljutinskaya A., Lebedeva V., Filyasova A., Yakubovskaya R., Mironov A., Egret-Charlier M., Vigny P. Photochem. Photobiol. 2002, 74, 633-643.
26. Feofanov A., Sharonov G., Grichine A., Karmakova T., Pljutinskaya A., Lebedeva V., Ruziyev R., Yakubovskaya R., Mironov A., Refregier M., Maurizot J.-C., Vigny P. Photochem. Photobiol. 2004, 79, 172-188.
27. Nazarova A.I., Feofanov A.V., Karmakova T.A., Sharonov G.V., Pljutinskaya A.D., Yakubovskaya R.I., Lebedeva V.S., Mironov A.F., Maurizot J.-C., Vigny P. Russ. J. Bioorg. Chem.
2005, 31, 482-494.
28. Karmakova T., Feofanov A., Pankratov A., Kazachkina N., Nazarova A., Yakubovskaya R., Lebedeva V., Ruziyev R., Mironov A., Maurizot J.-C., Vigny P. J. Photochem. Photobiol.
2006, 82, 28-36.
29. Yan Y.-J., Zheng M.-Z., Chen Z.-L., Yu X.-H., Yang X.-X., Ding Z.-L., Xu L. Bioorg. Med. Chem. 2010, 18, 6282-6291.
30. Mironov A.F., Lebedeva V.S. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 905908.
31. Lebedeva V.S., Ruziev R.D., Popov A.V., Sebyakin Y.L. Mendeleev Commun. 2007, 17, 212-213.
32. Mironov A.F., Grin M.A., Nochovny S.A., Toukach P.V. Mendeleev Commun. 2003, 156-158.
33. Mironov A.F., Grin M.A., Tsyprovskiy A.G., Dzardanov D.V., Golovin K.B., Feofanov A.V., Karmakova T.A., Iakubovskaya R.I. Patent RF № 2223274. Bull. Izobr. №4 (10.02.2004) (in Russ.).
34. Pandey R.K., Sumlin A.B., Shiau F.-Y., Dougherty T.J., Smith K.M. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1992, 2, 491-494.
35. Pandey R.K., Constantine S., Goff D.A., Kozyrev A.N., Dougherty T.J., Smith K.M. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1996, 6, 105-110.
36. Pandey R.K., Sumlin A.B., Potter W.R., Bellnier D.A., Henderson B.W., Constantine S., Aoudia M., Rodgers M.A.J.,
Smith K.M., Dougherty T.J. Photochem. Photobiol. 1996, 63, 194-205.
37. Bellnier D.A., Henderson B.W., Pandey R.K., Potter W.R., Dougherty T.J. Photochem. Photobiol., B. Biol. 1993, 20, 5561.
38. Pandey R.K., Sumlin A.B., Constantine S., Aoudia M., Potter W.R., Bellnier D.A., Henderson B.W., Rodgers M.A., Smith K.M., Dougherty T.J. Photochem. Photobiol. 1996, 64, 194204.
39. Henderson B.W., Bellnier D.A., Graco W.R., Sharma A., Pandey R.K., Vaughan L., Weishaupt K.R., Rodgers M.A.J., Dougherty T.J. Cancer Res. 1997, 57, 4000-4007.
40. Potter W.R., Henderson B.W., Bellnier D.A., Pandey R.K., Vaughan L.A., Weishaupt K.R., Dougherty T.J. Photochem. Photobiol. 1999, 70, 781-788.
41. Dougherty T.J., Pandey R.K., Nava H.R., Smith J.A., Douglass H.O., Edge S.B., Bellnier D.A., O'Malley L., Cooper M. Proc. SPIE 2000, 3909, 25-27.
42. Pandey R.K., Potter W.R., Dougherty T.J. Patent WO № 99/67248, 1999.
43. Pandey S.K., Zheng X., Morgan J., Missert J. R., Liu T.-H., Shibata M., Bellnier D.A., OseroffA.R., Henderson B.W., Dougherty T.J., Pandey R.K. Mol. Pharmaceutics 2007, 4, 448-464.
44. Pandey R.K., Potter W.R., Dougherty T.J. Patent WO № 99/67249, 1999.
45. Pandey R.K., Dougherty T.J., Smith K.M., Shiau F.-Y. Patent WO № 95/32206, 1995.
46. Smith K.M., Lee S.-J., Shiau F.-Y., Pandey R.K., Jagerovic N. Photodynamic Therapy Biomed. Lasers, Proceedings of the International Conference on Photodynamic Therapy and Medical Laser Applications (International Congress). Milan, Italy, 24-27 June 1992, 769-773.
47. Smith K.M., Graham M.F.B., Bushell M.J. J. Org. Chem. 1980, 45, 2218-2224.
48. Smith K.M., Goff D.A., Simpson D.J. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 4946-4954.
49. Mettath S., Shibata M., Alderfer J.L., Senge M.O., Smith K.M., Rein R., Dougherty T.J., Pandey R.K. J. Org. Chem. 1998, 63, 1646-1656.
50. Li G., Dobhal M.P., Shibata M., Pandey R.K. Org. Lett. 2004, 6, 2393-2396.
51. Goswami L.N., Ethirajan M., Dobhal M.P., Zhang M., Missert J.R., Shibata M., Kadish K.M., Pandey R.K. J. Org. Chem. 2009, 74, 568-579.
52. Lebedeva V.S., Ruziev R.D., Mironov A.F. Mendeleev Commun. 2010, 20, 135-136.
53. Grin M.A. Diss. Doc. Chem. Sci. Abstracts. Moscow, 2010, 50 p. (in Russ.).
54. Barondes S.H., Castronovo V., Cooper D.N.W., Cummings R.D., Drickamer K., Feizi T., Gitt M.A., Hirabayashi J., Hughes C., Kasai K., Leffler H., Liu F., Lotan R., Mercurio A.M., Monsigny M., Pillai S., Poirer F., Raz A., Rigby P.W.J., Rini J.M., Wang J.L. Cell 1994, 76, 597-598.
55. Fukuzumi S., Ohkubo K., Imahoti H., Shao J., Ou Z. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10676-10683.
56. Rungta A., Zheng G., Missert J.R., Potter W.R., Pandey R.K. Bioorg. J. Med. Chem. Lett. 2000, 10, 1463-1466.
57. Vicente M.G.H., Rezzano I.N., Smith K.M. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 1365-1368.
58. Vicente M.G.H., Smith K.M. J. Org. Chem. 1991, 56, 44074418.
59. Mettath S., Li G., Srilkrishnan T., Mehta R., Grossman Z.D., Dougherty T.J., Pandey R.K. Org. Lett. 1999, 1, 1961-1964.
60. Kenner G.W., McCombie S.W., Smith K.M. J. Chem. Soc, Perkin Trans. 1 1973, 2517-2527.
61. Mironov A.F., Efremov A.V., Efremova O.A., Bonnett R. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 6775-6778.
62. Mironov A.F., Efremov A.V., Efremova O.A., Bonnett R., Martinez G. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1998, 3601-3608.
63. Mironov A.F., Nechaev A.V. Russ. J. Bioorg. Chem. 2001, 27, 120-123.
64. Mironov A.F., Nechaev A.V. Russ. J. Bioorg. Chem. 2003, 29, 96-98.
65. Nechaev A.V., Mironov A.F. Russ. J. Bioorg. Chem. 2008, 34, 245-251.
66. Pandey R.K., Isaac M., MacDonald I., Medforth C.J., Senge M.O., Dougherty T.J. Smith K.M. J. Org. Chem. 1997, 62, 1463-1472.
67. Pandey R.K., Shiau F.-Y., Isaac M., Ramaprasad S., Dougherty T.J., Smith K.M. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 7815-7818.
68. KozyrevA.N., Zheng G., Shibata M., Alderfer J.L., Dougherty T.J., Pandey R.K. Org. Lett. 1999, 1, 1193-1196.
Received 11.01.2012 Accepted 29.02.2012
