БИО ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Том 19 * № 1 * 1993
УДК 547.854.4'455.6'118.057
© 1993 Е. В. Ефимцева, С. Н. Михайлов, С. В. Мешков *, А. В. Бочкарее, Г. В. Гурская
ДИОКСОЛАНОВЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ З'-ДЕЗОКСИТИМИДИНА
Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН, Москва;
*Институт химической физики им. Н. И. Семенова РАИ, Москва
Синтезированы новые аналоги нуклеозидов на основе цис- и траяс-2-метил-4-гидроксиметил-1,3-диоксоланов. Алкилирование натриевой соли тимина 2-бромметил-4-бензоилоксиметил-1,3-диок~ соланом, а затем хроматографическое разделение цис- и транс-изомеров на обращенной фазе и дальнейшее дебензоилирование приводили к искомым аналогам 2',3'-дидезоксинуклеозИдов. Фосфо-рипированием диоксолановых нуклеозидов /?-цианэтилфосфатом в присутствии К^'-дициклогек-силкарбодиимида с последующим деблокированием получены монофосфаты, которые превращали в соответствующие трифосфаты. Структура синтезированных соединений подтверждена данными ЯМР-спектроскопии и рентгеноструктурного аиализа.
В последние годы проблема поиска новых аналогов 2',3'-дидезоксинуклеозидов, обладающих антиретровирусной активностью, чрезвычайно актуальна [1, 2]. Используемые для лечения СПИДа препараты, азидотимидин и 2',3'-дидезок-сиинозин [3, 4 ], имеют ряд недостатков. Высокая токсичность, появление устойчивых к действию азидотимидина штаммов вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) [5], нестабильность гликозидной связи 2',3'-дидезоксинуклеозидов в условиях кислотного гидролиза [6 ] ограничивают возможности применения таких соединений. Недавние работы в этой области привели к созданию ряда перспективных синтетических нуклеозидов на основе тетрагидрофурана ((I) [7 ], (II) [8, 9]), тетрагидротиофена (III) [10], 1,3-оксатиолана (IV) [11] и 1,3-диоксолана ((V) [11—13], (VI) [11]). Исследования противовирусных свойств in vitro показали, что наиболее активен тиоаналог (IV) [14]. Также оказалось, что анти-ВИЧ-активностью обладает соединение (VI) с неприродной транс-конфигурацией [14].
HOCH, В HOCH, в HOCH, „В „ Су I
О О U к'J
HOCH,
(1 ) ( I I ) Х=0 (IV) X=S, B=Cyt (VI)
(III) X=S (V) X=0, ß=Thy,Cyt
Наличие у таких необычных аналогов нуклеозидов биологической активности позволяет предположить, что получение родственных им соединений, имеющих как цис-, так и mpa/ic-конфигурацию, может представлять интерес. В настоящей работе описан синтез и физико-химические свойства 2',3'-дидезоксинуклеозидов на основе цис- и транс-2-метил-4-гидроксиметил-1,3-диоксоланов.
Переацетализацией диэтилацеталя бромацетальдегида с 1-О-бензоилглицери-ном [15] в присутствии я-толуолсульфокислоты с одновременной отгонкой спирта получали бромид (VII) (схема) в виде рацемической смеси диастереомеров с
Свойства соединений (VIII)—(XI)
Таблица 1
Соединение ТСХ: R/ в системе В ВЭЖХ s Т. пл. (этанол), 'С
MeCN, % Rt, мин
(VIII) 0,80 30 10,7 161-162
(IX) 0,80 30 14,6 139—141
(X) 0,38 2 . 33,6 167-169
(XI) 0,37 2 35,7 148-151
♦Разделение проводили на колонке (4,5x250 мм) Ocladecyl-SilOO, 5 мкм (Serva) в смеси ацетонитрил — 0,1 М водный ацетат натрия (рН 7,0) со скоростью 1 мл/мин, детектирование по поглощению при X 254 нм.
суммарным выходом 79%. Соотношение цис-/транс-изомеров, по данным ПМР-спектров, составляет 3 : 2.
BzOCH2CHCH2OH + (ЕЮ)гСНСНгВг -> BzOCH,-
HÓ
0 . <?Н2Вг
(VII)
R0CH
н
Thy ¿P
Л, N
vL/
R = Вг R = H R - Р0Э R = P309H,
(IX) (XI) (XIII) (XV)
Алкилирование натриевой соли тимина бромидом (VII) приводило к образованию N1,N3-6hc- и N1-производных [16], которые выделяли хроматографией на силикагеле. Однако смесь диастереомерных (±)-бензоилнуклеозидов (VIII) и (IX) не удалось разделить с помощью адсорбционной хроматографии (табл. 1). Проблема разделения диастереомеров была решена с использованием обращен-но-фазовой хроматографии. В табл. 1 приведены данные аналитического разделения смеси диастереомеров, а также некоторые другие физико-химические характеристики.
Аналитические данные были использованы при выборе оптимальных условий препаративного разделения смеси аномеров. Наилучшие результаты были получены при разделении смеси защищенных производных (VIII) и (IX) на колонке объемом 150 мл, заполненной сорбентом Bondesil С18 (40 мкм) в системе ацетонитрил — вода (1 : 3).
Структуру выделенных изомеров доказывали с помощью ЯМР-спектроскопии. В 13С-ЯМР-спектрах цис- и транс-изомеров (соответственно (VIII) и (IX)) существенных различий обнаружено не было, поэтому для установления структуры применяли ПМР-спектроскопию (табл. 2),
Отнесение конфигурации полученных диастереомеров было осуществлено по положению триплетного сигнала ацетального протона Н2. Известно, что в
Спектры ПМР диоксолановых аналогов (VIII) — (XI)
Химический сдвиг, о, м. д. (КССВ, Гц)
Соединение (растворитель) гетероцикл диоксолановый остаток
Н6" Н5" МН Н2 Н2'а Н2'Ь Н4 Н4'а Н4'Ь Н5а Н5Ь
(/5 '.6 > игл',) иг . ть) (/4,4'в) ига и 56,4)
Ог.ть) и 4,4'ь)
(VIII)* 7,07 1,78 8,4 5,08 3,91 3,86 4,42 4,32 4,29 3,92 3,98
(СОС1з) к Д ус т дд ад дддд ДД ДД ДД ДД
(1,2) (3,8) (-14,3) (4,4) (-11,7) (4,8) (6,8)
(3,8) (5,7) (-8,5)
(IX)* 7,10 1,87 8,3 5,22 3,93 3,80 4,41 4,36 4,35 4,15 3,77
(СИСЬ) к д ус т дд ДД ДДДД ДД ДД ДД ДД
(1,2) (3,7) (-14,4) (4,2) (-12,0) (6,4) (6,4)
(3,7) (5,3) (-8,5)
(X) 7,27 1,67 5,03 3,85 3,85 4,06 3 38 3,24 3,52 3,79
Ф20) к д т д д ДДДД ДД ДД ДД ДД
(1,2) (2,5) (4,3) (-11,9) (5,8) (7,4)
(5,8) (-8,5)
(XI) 7,26 1,66 5,13 3,81 3,74 4,04 3,49 3,40 3,89 3,52
®20) к д т дд дд ДДДД ДД ДД ДД ДД
(1 2) (2,8) (-14,6) (3,4) (-12,1) (7,4) (7,3)
(2,8) (6,4) (-8,5)
* Прочие протоны, <5, м. д.: 8,03д, 7,59т, 7,46т(5Н, Вг).
а
!—I-1—I—I—|—1—1—I—I—1—Г—I—I—1—|—I—I—I—1—I—I-1—Г-1—[—I—I—■—1—1—I I 1 Г | I Л i
4,4 4,2 4,0 3,8 М.Д.
Рис. 1. Сильнопольная часть ПМР-спектра соединения (VIII) в CDClj при 300 К (а) и ЯЭО, возникающие при насыщении сигнала Н2 (б)
2,4-дизамещенных 1,3-диоксоланах сигнал ацетального протона цис-изомера располагается в более сильном поле, чем триплет транс-изомера [17].
Основная трудность при интерпретации данных ПМР-спектров связана с отнесением диастереотопных сигналов протонов в трех СН2-группах: экзоцик-лических Н2'а, 2'Ь, Н4'а, 4'Ь и находящейся в цикле Н5а, 5Ь. Из табл. 2 следует, что метиленовые группы различаются значением геминальной константы. Для расположенной в цикле СН2-группы характерна константа /5а5Ь = —8,5 Гц [17], а геминальная константа /2.а 2.ь в CH2N-rpynne больше, чем /4,мъ в СН20-группе. Следует отметить, что в спектрах ПМР диастереомеров наблюдаются различающиеся константы взаимодействия между протонами Н4 и Н5а,5Ь. Для цне-изомера (VIII) характерно /5а 4</ль 4, тогда как в транс-изомере эти константы имеют близкие значения: /ía 4 ~ /ЗЬ 4 [17].
Сигналы, соответствующие протонам Н4'а, 4'Ь, можно отнести, сравнивая данные спектров бензоильных производных (VIII), (IX) и нуклеозидов (X), (XI). Дебензои-лирование приводит к сдвигу сигналов Н4'а, b в сильное поле на ~1 м. д.
а
ВД-' а
Н4
Ли
Н4'Ъ
Н5а
I-1—I-Г—I-¡-1-1-1-1-1-1-1-1-1—|—I—r~t—Г—1 I Г—I I | I i I г-
4,4 4,2 4,0
Н5Ъ
Н2'а Н2'Ъ
jüU
I I I-1—>—г—т-
3.8
т 1Л
ю
СП
о о
i—i—i—i—i—р 4,4
I I I Г"
СП со C\J
[ m ш
C\J СП 'Г
ru
-1-[-1-1-1—I-1—Т-1-1-Г~"|-Г
4,2 4,0
-1-1-1-1-1--1—
3,0 м.д.
Рис. 2. Сильнопольная часть ПМР-спсктра соединения (IX) в СОСЬ при 300 К (а) и ЯЭО, возникающие при насыщении сигнала Н2 (б)
Отнесение сигналов протонов 2'-СН2-группы, а также однозначное доказа тельство конфигурации диастереомеров проведено методом разностной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера (ЯЭО) (рис. 1 и 2). Подавление сигнала Н2 приводит к значительному ЯЭО на соседних метиленовых протонах Н2'а, 2'Ъ (суммарно более 4%). Возникновение ЯЭО на Н5Ь (2,35 и 1,48% в соединениях
(VIII) и (IX) соответственно), находящемся в г^мс-положении по отношению к ацетальному Н2, при отсутствии ЯЭО на транс-протоне Н5а позволяет осуществить соотнесение сигналов Н5а и Н5Ь. В остальных случаях при отнесении протонов метиленовых групп символом «а» обозначен более слабопольный сигнал.
О г4«с-конфигурации соединения (VIII) свидетельствует появление ЯЭО (2,63%) на сигнале Н4 при насыщении Н2 [18] (рис. 16). Для транс-изомера
(IX) характерно отсутствие ЯЭО (0,16 %) на сигнале Н4 [ 18 ] и наличие небольшого (0,87%) эффекта на Н4'а, 4'Ь (рис. 26).
Дебензоилирование соединений (VIII), (IX) метанольным аммиаком и после-
Рис. 3. Строение молекулы вещества (X), определенное по данным рентгеноструктурного анализа (приведена одна из двух молекул, связанных центром асимметрии). Рисунок выполнен с помощью программы PLUTO
дующая кристаллизация из этанола привели к нуклеозидам (X) и (XI). Закономерности, проявляющиеся в ПМР-спектрах соединений (X) и (XI), аналогичны закономерностям, наблюдаемым в спектрах бензоильных производных (см. табл. 2).
Структура синтезированных соединений подтверждена также рентгено-структурным анализом. На рис. 3 представлено строение одной молекулы ^wc-изомера (X), в табл. 3 приведены длины валентных связей и величины валентных углов. Диоксолановый цикл имеет конформацию 01 -эндо — С5-экзо (Т5). Фазовый угол псевдовращения — Р =166,5°, максимальная амплитуда псевдовращения vm = 39,4°, что несколько больше обычно наблюдаемой (31—35°) в природных нуклеозидах. Торсионные углы, описывающие взаимную ориентацию основания и диоксоланового цикла, следующие: (03—С2— С2'—N1") =65,6°, (01—С2—С2'—N1") = —52,2°, (С2—С2'—N1"—С2") = = 95,4°, (С2—С2'—N1"—С6") = -80,5% В соединении наблюдается транс-конформация относительно зкзоциклической С4—С4'-связи, <р(С5—С4 — С4'—04') = —178,4°.
Предпринятая попытка исследовать рентгенографически структуру транс-изомера (XI) оказалась неудачной, так как у молекул в кристаллах была обнаружена сильная разупорядоченность в области диоксоланового фрагмента.
Как известно, 2',3'-дидезоксинуклеозиды — ингибиторы биосинтеза ДНК. Механизм их действия сводится к превращению в соответствующие moho-, ди- и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.