CC BY
37
УДК 547.514.472:582.657.24
ВЛИЯНИЕ ЦИКЛОПЕНТАНОВЫХ '-ТРИКЕТОНОВ
И ИХ МЕТИЛОВЫХ ЕНОЛЬНЫХ ЭФИРОВ НА РОСТ КОРНЯ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ ZEA MAYS L.
© О.П. Шестак , Е.Л. Чайкина, В.Л. Новиков, М.М. Анисимов
Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, пр. 100 лет Владивостоку, 159, Владивосток, 690022 (Россия) e-mail: shestak@piboc.dvo.ru
Изучено влияние природного циклопентанового ДД-трикетона, корусканона В, и его метилового енольного эфира, корусканона А, а также 14-ти синтетических аналогов этих вторичных метаболитов высших растений на рост главного корня проростков Zea mays L. Обнаружено, что корусканоны А и В обладают слабой рострегулирующей активностью в интервале концентраций 0,01-100,0 мкг/мл. Среди синтетических циклопентановых ДД-трикетонов и их метиловых енольных эфиров найдены вещества, проявляющие небольшое ростстимулирующее действие в концентрациях 0,0110,0 мкг/мл. Все синтетические соединения в концентрации 100,0 мкг/мл активно ингибируют рост корня проростков кукурузы. Наибольшим ингибирующим действием отличаются хлорсодержащие соединения: 2-ацетил-4,5-
дихлороциклопент-4-ен-1,3-дион и его метиловый эфир.
Ключевые слова: циклопентановые ДД-трикетоны, 2-ацил-циклопентан-1,3-дионы, метиловые енольные эфиры, ко-русканоны А и В, кукуруза, Zea mays L., рост корня, проростки, ингибирующее действие, стимулирующее действие.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Дальневосточного отделения Российской академии наук (проект №09-Ш-А-05-149).
Введение
Природные циклопентеновые ДД-трикетоны (2-ацилциклопент-4-ен-1,3-дионы) - корусканон В 1 [1], линде-рон [2], луцидон [3], хризотрионы А и В [4] и их метиловые енольные эфиры - корусканон А 2 [1], метиллинде-рон [2] и метиллуцидон [3] привлекли в последние годы внимание высокой биологической активностью [1-7].
Синтетические циклопентеновые ДД'-трикетоны и их метиловые енольные эфиры 3-16, которые можно рассматривать в качестве структурных аналогов природных ДД'-трикетонов и их метиловых енольных эфиров, также привлекают внимание своим высоким химическим и биологическим потенциалом [8-12].
В результате исследования биологического действия серии метиловых енольных эфиров циклопентено-вых ДД'-трикетонов - аналогов корусканона А 2 был сделан вывод, что 2-(1'-метоксиметилиден)циклопент-4-ен-1,3-дионовый фрагмент структуры этих соединений является фармакофорной группировкой, обеспечивающей высокий уровень биологической активности эфиров данного структурного типа [1, 5]. Поскольку
* Автор, с которым следует вести переписку.
2-(1'-гидроксиметилиден)циклопент-4-ен-1,3-дионовый фрагмент является базовым элементом структуры всех 2-ацилциклопент-4-ен-1,3-дионов в силу того, что енолизации в них подвергается исключительно карбонильная группа боковой цепи, можно утверждать, что именно он представляет собой фармакофорную группировку, ответственную за высокий уровень биологического действия как свободных ДД-трикетонов, так и их производных по 1'-гидроксигруппе. Это показано нами ранее при изучении активности ряда синтетических 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов [8]. Данные биологического действия свободных ДД-три-кетонов и их метиловых енольных эфиров показывают, что замена протона Г-гидроксигруппы на метил в значительной мере меняет основную направленность биологического действия соединений типа 1.
В этой связи интересно было изучить влияние как свободных природных и синтетических циклопентановых Д,Д'-трикетонов, так и их метиловых енольных эфиров на рост корня проростков Zea mays L. и оценить, наблюдается ли существенное различие в рострегулирующем действии этих трикетонов и их метиловых эфиров.
Для природного циклопентенового Д,Д'-трикетона корусканона В 1 и его метилового енольного эфира корусканона А 2 нами ранее была обнаружена рострегулирующая активность в отношении проростков Fagopyrum esculentum Moench. [12], а для трикетонов 5 и 9 было показано ингибирующее действие на рост корня проростков Cucumis sativus L. [11] и F. esculentum [12]. Сообщалось также, что трикетон 11 является ингибитором соевой уреазы [13].
Для проведения корреляционного анализа «структура - активность» в ряду природных и синтетических циклопентановых Д,Д-трикетонов и их производных мы синтезировали метаболиты высших растений - ко-русканоны А и В, их простейшие структурные аналоги - моноциклические циклопентеновые Д,Д'-трикетоны с различными заместителями при 4,5-двойной связи цикла 3, 5, 7, 9, моноциклический циклопентановый Д,Д'-трикетон 11, бициклический циклопентановый Д,Д'-трикетон 13 и ряд неизвестных ранее метиловых енольных эфиров 4, 6, 8, 10, 12, 14 этих трикетонов. Для сравнения использовали также товарный ароматический циклопентановый Д,Д-трикетон - 2-ацетилиндан-1,3-дион 15 и полученный ранее енольный эфир этого трикетона 16 [14].
Цель данной работы - изучение спектра действия всех этих соединений на рост главного корня проростков Zea mays L.
Экспериментальная часть
Корусканон В 1 получали путем основно-каталитической перегруппировки 2-метил-4-(Цинна-моилметилиден)бут-2-енолида, синтезированного через реакцию Виттига соответствующего фосфорана с метилмалеиновым ангидридом, а корусканон А 2 - путем метилирования корусканона В 1 под действием
O
O
COMe
O
3, 5, 7, 9
O
4, 6, 8, 10
3, 4 R1=R2=H; 5, 6 R1=Me, R2=H; 7, 8 R1=R2=Cl; 9, 10 R1=R2=SMe
O
OMe
O
O
n
r\
16
(CH3)2SO4/K2CO3 в ацетоне в соответствии с методиками [1]. 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионы 3, 5 и 7 получали путем ацилирования 2-метилвинилацетата (изопропенилацетата) соответствующими малеиновыми ангидридами [8], а трикетон 11 - через ацилирование изопропенилацетата янтарным ангидридом [8]. Серосодержащий трикетон 9 синтезировали через реакцию дихлортрикетона 7 с метилмеркаптидом натрия в СН3ОН в присутствии KF. Трикетон 13 получали путем термической диеновой конденсации трикетона 5 с 2,3-диметилбутадиеном-1,3 в растворе бензола [9].
Данные спектров ЯМР:Н и 13С показывают, что трикетоны 1, 3, 5, 7 и 9 в растворе CDCl3 полностью еноли-зированы и существуют в виде различного числа резонансно гибридизованных енольных форм с прочной внутримолекулярной водородной связью [8, 15]. Трикетонная форма этих соединений в растворе CDCl3 не обнаруживается. Доминирующией реакцией является енолизация карбонильной группы ацетила, что следует из анализа данных спектров ЯМР:Н и 13С и результатов квантово-химических расчетов [16].
Конверсию трикетонов 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 15 в соответствующие метиловые енольные эфиры 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16 осуществляли через их взаимодействие с 3% раствором CH2N2 в абс. эфире при комнатной температуре с выходами 22-71% [14, 17, 18].
В качестве биологического теста использовали семена кукурузы Zea mays L. сорта Славянка, полученные из Приморского научно-исследовательского института сельского хозяйства РАСХН (Уссурийск Россия).
Действие Д,Д'-трикетонов на рост проростков кукурузы оценивали по ранее описанной методике [19].
Навески исследованных веществ растворяли в соответствующем объеме диметилсульфоксида (ДМСО). Растворы трикетонов в ДМСО разбавляли дистиллированной водой до получения растворов концентрации 100.0 мкг/мл. Растворы меньших концентраций получали методом дальнейшего кратного разведения водой. Концентрация ДМСО в конечных растворах не превышала 0.3%.
Сухие семена раскладывали на полосы фильтровальной бумаги размером 12*42 см, предварительно смоченной испытуемым раствором, свертывали в рулоны, помещали в стаканы с небольшим количеством испытуемого раствора (100 мл) и оставляли в термостате при 26-27 °С. Через 72 ч производили измерение длины главного корня проростков. В качестве контрольного образца использовали проростки той же культуры, выращенные в дистиллированной воде.
Результаты испытаний оценивали как среднее арифметическое трех повторных опытов (по 25 семян в каждом) и стандартные отклонения и представляли в виде отношения длины главного корня опытных проростков к длине главного корня контрольных проростков в процентах. Для статистической обработки полученных данных применяли компьютерную программу ORIGIN 7.0.
В качестве контрольного рострегулирующего вещества использовали ретардант АМО 1618.
Обсуждение результатов
Результаты исследования влияния циклопентановых Д,Д'-трикетонов на рост главного корня проростков Zea mays представлены в таблице.
Анализ данных таблицы показывает, что конверсия трикетонов в эфиры неоднозначно сказывается на активности полученных производных в качестве регуляторов роста. Все свободные синтетические трикето-ны по степени ингибирования роста корня проростков можно разделить на две группы. Первую группу составляют трикетоны 3, 5, 13 и 15, которые ингибируют рост проростков активнее, чем их метиловые эфиры 4, 6, 14 и 16 соответственно. По активности свободные трикетоны этой группы можно расположить в ряд 3>5>15>13, а их метиловые эфиры - в ряд 6>4>16>14. Вторую группу составляют трикетоны 7, 9 и 11, активность которых близка к активности их метиловых эфиров 8, 10 и 12 соответственно.
Природные соединения корусканон B 1 и корусканон A 2 по-разному действуют на проростки кукурузы. Так, корусканон B 1 проявляет небольшой стимулирующий эффект на рост корня в концентрациях 0,01-
1,0 мкг/мл, который ослабевает в концентрациях 10,0 и 100,0 мкг/мл. Корусканон A 2 наоборот оказывает слабое ингибирующее действие на рост корня, причем лишь в концентрации 100,0 мкг/мл. Сопоставление значений активности корусканонов А и В в отношении роста проростков Zea mays и F. esculentum [12] показало, что проростки F. esculentum более чувствительны к действию этих природных соединений.
Влияние циклопентановых Д,Д'-трикетонов и их метиловых енольных эфиров на рост корня проростков Zea mays L. сорта Славянка
Концентрация, мкг/мл
0 0,01 0,1 1,0 10,0 100,0
Длина главного корня проростков, % к контролю
е m M ± sd* % M ± sd % M ± sd % M ± sd % M ± sd % M ± sd %
1 87±2,4 100 93±4,1 107 91±0,9 105 91±1,2 105 88±0,9 101 89±2,6 102
2 87±2,4 100 84±4,5 96 87±2,0 100 89±1,2 102 89±1,9 102 79±1,8 91
3 85±4,4 100 87±6,1 102 87±3,1 102 93±3,7 109 91±2,2 107 30±1,4 35
4 83±0,6 100 85±0,5 102 89±1,9 107 85±1,4 102 93±2,1 112 54±3,4 65
5 84±1,7 100 83±3,7 99 82±3,4 98 82±1,1 98 83±2,4 99 30±1,1 36
6 84±1,7 100 85±2,9 101 83±0,2 99 84±1,3 100 82±2,7 98 38±1,1 45
7 82±1,7 100 83±2,0 101 82±2,1 100 78±1,0 95 74±0,4 90 21±1,0 26
8 82±1,7 100 82±3,1 100 82±2,5 100 82±1,2 100 81±4,6 99 20±1,7 24
9 86±2,1 100 86±1,9 100 93±5,1 108 95±1,7 110 81±1,4 94 43±2,0 50
10 86±1,2 100 90±1,6 105 92±0,3 107 91±2,3 106 86±3,0 100 37±4,6 43
11 85±4,4 100 91±1,8 107 85±3,6 100 83±1,0 98 84±0,7 99 75±3,7 88
12 86±2,4 100 88±1,9 102 86±5,0 100 85±2,1 99 88±1,2 102 74±0,1 86
13 84±5,3 100 81±0,7 96 81±4,2 96 77±1,2 92 79±0,8 94 55±1,1 65
14 82±2,8 100 82±1,5 100 81±1,7 99 81±1,7 99 81±1,5 99 67±4,5 82
15 84±5,3 100 81±1,2 96 79±1,5 94 79±0,3 94 80±3,9 95 43±1,4 51
16 86±2,4 100 80±1,2 96 82±5,5 95 80±3,3 93 79±5,6 92 65±0,6 76
АМО 1618 82±1,7 100 85±2,4 104 83±3,8 102 88±2,3 107 90±1,3 110 66±1,5 80
* M±sd - длина главного корня в мм; ± - стандартные отклонения.
Активность синтетических трикетонов и их метиловых эфиров как стимуляторов роста корня проростков кукурузы выражена в незначительной степени. Так, в концентрации 0,01 мкг/мл небольшой стимулирующий эффект проявляют лишь трикетон 11 и енольный эфир 10; в концентрации 0,1 мкг/мл - трикетон 9 и эфиры 4 и 10; в концентрации 1,0 мкг/мл - трикетоны 3 и 9, а также эфир 10; в концентрации 10,0 мкг/мл -трикетон 3 и эфир 4. Тем не менее данные таблицы показывают, что для каждой из изученных концентраций среди свободных трикетонов и их метиловых енольных эфиров можно найти 1-3 вещества, которые по своему стимулирующему действию на рост главного корня проростков кукурузы превосходят действие контрольного вещества - известного ретарданта АМО 1618. Механизм стимулирующего действия соединений 3, 4, 9, 10 и 11 на рост корня проростков Zea mays в настоящее время неясен. Возможно, этот эффект связан как с увеличением количества клеток корня, так и с удлинением самих клеток корня без увеличения их числа, или с протеканием обоих процессов одновременно.
Как эффективные ингибиторы роста корня проростков кукурузы все изученные соединения, за исключением корусканонов В 1 и А 2, начинают проявлять себя лишь в концентрации 100,0 мкг/мл. Наиболее высокое ингибирующее действие среди всех изученных соединений обнаружено при использовании в этой концентрации дихлорзамещенного трикетона 7 и его метилового эфира 8, а наименее высокое - при использовании трикетона 11 и его эфира 12. В ранее приведенном исследовании на проростках гречихи [12] трикетон 11 также оказался наиболее слабым ростингибирующим агентом среди всех изученных.
Строение циклопентанового Д,Д'-трикетона и его метилового енольного эфира сильно сказывается на проявлении ими рострегулирующего действия в отношении главного корня проростков кукурузы.
Бициклические трикетоны 13 и 15 и их эфиры 14 и 16 значительно уступают в проявлении как стимулирующего, так и ингибирующего действия своим моноциклическим аналогам.
Важную роль в проявлении моноциклическими трикетонами и их эфирами ингибирующего действия играет наличие двойной связи в положении 4(5). Удаление ее из структуры значительно снижает активность как трикетона, так и его эфира, что видно из сопоставления данных для трикетонов 3 и 11 , а также их эфиров 4 и 12, соответственно, полученных при использовании этих соединений в концентрации 100.0 мкг/мл.
Существенное влияние на уровень активности циклопентановых трикетонов 3, 5, 7 и 9, а также их эфиров 4, 6, 8 и 10, соответственно, оказывают как природа заместителей при двойной связи в положениях 4 и 5, так и их число. Природа ацильного радикала в положении 2 также оказывает значительное влияние на уровень рострегулирующего действия циклопентеновых трикетонов и их эфиров. Природный трикетон кору-
сканон В 1 с циннамоильной группой при С-2 проявляет более слабое ингибирующее действие на рост проростков кукурузы, чем его синтетический аналог 5 с ацетильной группой в этом положении. В равной мере это относится и к метиловому эфиру трикетона 1 - корусканону А 2, что видно из сопоставления данных по рострегулирующему действию для этого эфира и его синтетического аналога - эфира 6.
Выводы
Полученные в результате проведенного исследования данные свидетельствуют, что циклопентановые Д,Д'-трикетоны и их метиловые енольные эфиры обладают способностью модифицировать рост проростков Zea mays. Характер и степень рострегулирующего действия изученных соединений зависит как от структурных особенностей, так и от действующей концентрации веществ. В низких концентрациях (0,01-10,0 мкг/мл) некоторые из циклопентановых трикетонов и их эфиров проявляют небольшое стимулирующее действие на рост главного корня проростков кукурузы, а в высокой концентрации (100,0 мкг/мл) все синтетические трике-тоны и даже некоторые из их эфиров оказывают сильное ингибирующее действие. Наиболее активными ингибиторами в концентрации 100,0 мкг/мл оказались 2-ацетил-4,5-дихлороциклопент-4-ен-1,3-дион и его метиловый енольный эфир.
Природный циклопентеновый трикетон - корусканон В и его метиловый енольный эфир - корусканон А проявили слабую рострегулирующую активность в отношении проростков Zea mays.
Проведенное исследование показало, что четкая корреляция между уровнями рострегулирующего действия свободных циклопентановых Д,Д’-трикетонов и их метиловых эфиров не прослеживается.
Рострегулирующее действие изученных циклопентановых трикетонов и их метиловых эфиров в отношении проростков кукурузы Zea mays аналогично действию известного ретарданта АМО 1618, который также оказывает небольшое стимулирующее действие в концентрациях 0,01-10,0 мкг/мл и умеренное ингибирующее действие в концентрации 100,0 мкг/мл.
Список литературы
1. Li X.-C., Ferreira D., Jacob M.R., Zhang Q., Khan S.I., ElSohly H.N., Nagle D.G., Smillie T.J., Khan I.A., Walker L.A., Clark A.M. Antifungal cyclopentenediones from Piper coruscans // J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. N22. Pp. 6872-6873.
2. Hwang E., Lee Y.M., Lee S.M., Yeo W.H., Moon S., Kang T.H., Park K.D., Kim S.U. Inhibition of diitin synthase 2 and antifungal activity of lignans from the stem bark of Lindera eritrocarpa // Planta Med. 2007. V.73. N7. Pp. 679-682.
3. Wang Sh.-Y., Lan X.-Y., Xiao J.-H., Yang J.-Ch., Kao Y.-T., Chang Sh.-T. Antiinflammatory activity of Lindera eritrocarpa fruits // Phytother. Res., 2008. V. 22. N2. Pp. 213-216.
4. Gilardoni G., Clericuzio M., Tosi S., Zanoni G., Vidari G. Antifungal acylcyclopentenediones from fruiting bodies of Hydrophorus chrysodon // J. Nat. Prod. 2007. V. 70. N1. Pp. 137-139.
5. Babu K.S., Li X.-C., Jacob M.R., Zhang Q., Khan S.I., Ferreira D., Clark A.M. Synthesis, antifungal activity and struc-ture-activity relationships of coruscanone A analogues // J. Med. Chem. 2006. V. 49. N26. Pp. 7877-7886.
6. Aoyama Y., Konoike T., Kanda A., Naya N., Nakajima M. Total synthesis of human chimase inhibitor methyllinderone and structure - activity relationships of its derivatives // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2001. V. 11. N13. Pp. 1695-1697.
7. Oh H.-M., Choi S.-K., Lee J.M., Lee S.-K., Kim H.-Y., Han D.Ch., Kim H.-M., Son K.-H., Kwon B.-M. Cyclopen-tenediones, inhibitors of farnesyl protein transferase and anti-tumor compounds, isolated from the fruit of Lindera erythrocarpa Makino // Bioogr. Med. Chem. 2005. V. 13. N22. Pp. 6182-6187.
8. Шестак О.П., Новиков В.Л., Стехова С.И., Горшкова И.А. Синтез и биологическая активность некоторых 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов // Химико-фармацевтический журнал. 1999. Т. 33. №1. С. 18-21.
9. Шестак О.П., Новиков В.Л., Прокофьева Н.Г., Чайкина Е.Л. Синтез и цитотоксическая активность 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов и их производных // Химико-фармацевтический журнал. 1999. Т. 33. №12. С. 5-8.
10. Новиков В.Л., Шестак О.П., Логачев В.В., Анисимов М.М. Влияние некоторых синтетических аналогов природных (циклопентеновых) -трикетонов на рост корня проростков (на примере Cucumis sativus L.) // Растительные ресурсы. 2003. Т. 39. Вып. 4. С. 87-94.
11. Лапшина Л.А., Шестак О.П., Реунов А.В., Новиков В.Л., Анисимов М.М. Антивирусная активность некоторых аналогов природных циклопентеновых ДД-трикетонов // Растительные ресурсы. 2006. Т. 42. Вып. 1. С. 107-113.
12. Демина Е.А., Шестак О.П., Новиков В.Л., Анисимов М.М. Рострегулирующее действие природных и синтетических 2-ацилциклопент-4-ен-1,3-дионов и их производных на проростки Fagopyrum esculentum // Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 107-110.
13. Tarun E.I., Rubinov D.B., Metelitza D.I. Inhibition of urease by cyclic P-triketones and fluoride iones // Appl. Bio-chem. Microbiol. 2004. V. 40. N4. P. 337-344.
14. Новиков В.Л., Шестак О.П., Баланева Н.Н., Паулиньш Я.Я., Еляков Г.Б. Взаимодействие 2-ацетил-1,3-индандиона с диазометаном // Известия АН Латв. ССР. Сер. хим. 1985. №6. C. 718-724.
15. Forsen S., Merenyi F., Nilsson M. Spectroscopic studies on enols. Part 7. NMR and IR investigations of hydrogen bonding and tautomerism in cyclopentane enols // Acta Chem. Scand. 1964. V. 18. N5. Pp. 1208-1221.
16. Бердышев Д.В., Глазунов В.П., Новиков В.Л. Квантово-химическое исследование строения и таутомерии 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов - структурных аналогов уникальных природных циклопентеновых ДД'-трикетонов // Химия и медицина: тез. докл. VI Всерос. науч. семинара. Уфа, 2007. П-133.
17. Новиков В.Л., Шестак О.П., Камерницкий А.В., Еляков Г.Б. Взаимодействие 2-ацетил-4-метилциклопент-4-диона-1,3 с диазометаном // Известия АН СССР. Сер. хим. 1981. №1. С. 236-237.
18. Патент №1549017 (РФ) Производные хлорированного циклопентено-идного -трикетона, проявляющие антимикробную активность / В.Л. Новиков, О.П. Шестак, С.И. Стехова // 1993. БИ. 1996. Вып. 21. С. 264.
19. Чайкина Е.Л., Шевченко Н.М., Звягинцева Т.Н., Анисимов М.М. Влияние углеводсодержащих биополимеров из морских водорослей на прорастание семян и рост проростков Glycine max (Fabaceae) и Fagopyrum esculentum (Polygonaceae) // Растительные ресурсы. 2009. Т. 45. Вып. 3. С. 138-144.
Поступило в редакцию 7 июля 2009 г.
После переработки 29 января 2010 г.
