БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 1995, том 21, с. 61 - 65
УДК 547.913.3418.057
ЭФФЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИПРЕНИЛДИФОСФАТОВ
© 1995 г. С. Д. Мальцев, А. В. Трифонов, Л. Л. Данилов, В. Н. Шибаев
Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Москва Поступила в редакцию 01,12.93 г. После доработки ¡3.04.94 г.
Описан эффективный синтез полипренилдифосфатов из полипреншшонофосфатов с помощью дн-фениллирофосфатного метода. Показана применимость метода для производных полипренолов различной структуры, содержащих а-концевые 2- и £-изопреновые звенья, а также а-дигидроизо-преновое звено. Осуществлен синтез морапренилдифосфата взаимодействием морапренилфосфо-имидазолида с 2-цианоэтилфосфатом с последующим омылением цианоэтильной группы.
Ключевые слова: полипренилдифосфаты, долихилдифосфат.
Полипренилдифосфаты являются важными метаболитами в процессах биосинтеза углеводных цепей различных биополимеров эукариотов и бактерий, а также промежуточными продуктами при биосинтезе биологически активных соединений, содержащих длинные изопреновые цепи, например убихинонов и витамина Е. Совместно с изопентенилдифосфатом эти соединения выступают в роли субстратов и продуктов пренилтранс-фераз, которые катализируют основные реакции удлинения цепи природных линейных полиизо-препоидов - натурального каучука и гуттаперчи (см. обзоры [1 - 5]),
Описанные в настоящее время методы химического синтеза полипренилднфосфатов не вполне удовлетворительны. Подход к получению соединений этого ряда, основанный на реакции пренилгалогенидов или пренилтозилатов с трис(тетра-н-бутиламмоний)дифосфатом [6, 7], дает хорошие результаты лишь в случае корот-коцепочечных лренолов - гераниола и фарнезола. Взаимодействие полипренолов с бис(триэтилам-моний)фосфатом [3] или моно(тетра-н-бутилам-моний)фосфатом [9] в присутствии трихлораце-тонитрила приводит к смеси полипренилмоно- и -дифосфатов, требующей хроматограф« ческого разделения, и не может быть использовано для введения радиоактивной метки по одному из атомов фосфора пирофосфатной группы, Синтез [¡3-33Р]долихилдифосфата был осуществлен [10] из долихилфосфоимидазолида и бис(триэтилам-мониевой) соли [33Р]Н3Р04; целевой продукт был выделен, однако, с низким выходом. Недав-
Адрес для переписки: 117913, Москва, В-334, Ленинский
проспект, 47, ИОХ, В.Н. Шибаеву.
но в литературе появилось сообщение об успешном синтезе 1-О-геранилтиодифосфата взаимодействием 1-О-геранилдифенилтиодифосфата с моно(тетра-н-бутиламмоний)фосфатом в присутствии пиридина [11]. В ряду производных полипренолов дифенилпирофосфатный метод до настоящего времени употреблялся лишь для синтеза полипренилдифосфатсахаров [12, 13),
Целью настоящей работы был поиск более простых и эффективных методов синтеза полипренилдифосфатов.
В качестве исходных соединений были использованы полипренилфосфаты - производные мо-рапренола (1а), долихола (1Ь) и соланезола (1с), которые синтезировали из соответствующих полипренолов действием тетра-н-бутиламмоний-фосфата и трихлорацетонитрила [9]. Структура хроматографически очищенных полипренилмо-иофосфатов была подтверждена данными спектроскопии 'Н- И 31Р-ЯМР. В настоящей работе были впервые получены спектры 31Р-ЯМР натриевых солей этих соединений и отмечено, что при замене катионов аммония на натрий наблюдался сдвиг сигнала фосфомонозфира в область +4.5 .,. +5.5 м. д. (для аммониевых солей он находился при +2.3 м. д.).
Первоначально была сделана попытка повысить эффективность получения полипренилдифосфатов с помощью фосфоимидазолидного метода. При синтезе полипренилдифосфатсахаров этот метод дает хорошие результаты [14], что побудило нас изучить возможность синтеза полипренилдифосфатов через промежуточное образование дву-замещенных пирофосфатов с последующим удалением защитной группы с атома фосфора. В качестве удобного реагента для этой цели был выбран 2-цианоэтилфосфат, использование производного
62
МАЛЬЦЕВ я др.
которого для синтеза нуклеозиддифосфатов описано в литературе [15].
О
II
RO-P-OH
он ■ 2NH>
о
N
1а, Ь, с
RO-P-N
I
О
II
О
о
о
НО P-0(.CH?),CN ОН • 2Et,N
ro-p-o-p-o(ch2)2cn
ОН ОН • 2Et3N IV
О Ii
О
о
RO-P
I I
ОН он
Va, b, с
о-р-он
•ЗМН3
О И
R0p-0-p-0ph ОН OPh ' W Via, b, с
la, II, IV, Va, Via Ib, Vb, VIb Ic, Vc, VIc
R - WT3C6_8-R WT,C, „S R = WTg-
(морапрения)
(долихил)
(соланезил!
Сокращенные обозначения изипреновых звеньев в формулах полипренолоя приведены в соответствии с рекомендациями номенклатурной КОМИССИИ IUPAC-IUB (см. Eur. J. Biochem. 1987. V. 167.
Р. 181 - 184).
Морапренилфосфоимидазолид (II) получали (см. [16, 17]) обработкой иорапренилфосфата (1а) N, N' - к арбо ни л д и и ми д аз о л ом с последующим разложением избытка реагента метанолом и экстракцией соединения (II) абе. гептаном из остатка после упаривания растворителя, его структура была подтверждена данными 31Р-ЯМР-спектро-скопии (ср, с [ 1 7]).
Бис(триэтиламмониевую) соль 2 иианоотил-фосфата (III) получали из описанной в литературе [18) бариевой соли. Морапренилфосфоимид-азолид (II) вводили в реакцию с фосфомопо-эфиром (III) при эквимолярном соотношении реагентов, используя в качестве растворителя смесь THF-DMSO-ацетонитрил (2:4: 2.5). Идентифицированный в реакционной смеси с помощью ТСХ диэфир (IV) был обработан без выделения концентрированным раствором аммиака (б сут, 37°С) для удаления цианоэтилыюй группы. Соединение (Va) было выделено с выходом 24% после очистки аниопообменной хроматографией на DEAE-целлюлозе и идентифицировано (ТСХ) как морапренилдифосфат путем сравнения с заведомым образцом, полученным фосфорили-рованием морапренола моно(тетра-н-бутилам-моний)фосфатом и трихлорацетонитрилом [9]. По-видимому, низкий выход полипренилдифос-фата связан с использованием эквимольных количеств реагентов на стадии конденсации.
Структура соединения (Va) была подтверждена специфическими деградациями с применением 4-диметиламинопиридина и фенола. Под действием 4-диметиламинопиридина в водной среде (100°С, 8 ч) происходило превращение морапре-пилдифосфата в морапрен ил монофосфат, К. 0.5 (А) и неорганический фосфат (электрофорез на бумаге), что подтверждало наличие пирофосфат-ной связи в соединении (Va) (ср. [91). В результате действия на соединение (Va) 40% водного фенола (70°С, 30 мин) был идентифицирован неорганический пирофосфат (электрофорез на бумаге), что указывало на существование ал лил фосфатной связи в исходном соединении (см., например, [14]).
Для доказательства структуры морапренилди-фосфата (Va) были также использованы данные ЯМР-спектроскопии. В спектре 'Н-ЯМР наблюдались все Сигналы протонов полипренильного радикала, что свидетельствовало об отсутствии изменений в структуре полипренольного остатка. В спектре 3!Р-ЯМР аммониевой соли (Va) присутствовало два интенсивных сигнала при -7.89 и -8,81 м. д., что подтверждало структуру данного соединения как моноэфира пирофосфорной кислоты. Кроме того, наблюдался слабый сигнал (около 1% от общей интегральной интенсивности) в области 1-2.3 м. д., указывающий на примесь морапренилфосфата.
Далее мы исследовали возможность использования дифенилпирофосфатного метода при синтезе полипренилдифосфатов. Активацию аммониевой соли морапренилфосфата (1а) дифенил-хлорфосфатом проводили в присутствии избытка триэтиламина в течение 2 ч при комнатной температуре, как описано в работе [11],
После разложения избытка дифенилхлорфос-фата метанолом (15 мин) и упаривания растворителя и триэтиламина морапрепилдифенилдифос-фат (Via) (Rf 0.76, система А) выделяли экстракцией гептаном. Обработка полученного соединения пятикратным избытком м о i г о (т етра - л -бути л -аммоний)фосфата (хлористый метилен, пиридин, 3 сут, 18 - 20°С) привела к соединению (Va). Последнее было выделено с выходом 62% и охарактеризовано результатами специфических деградаций и данными ЯМР-спектроскопии, как описано выше.
Этот метод был успешно использован для получения дифосфатов долихола (Vb) и соланезола (Vc). Полипренилдифенилдифосфаты (Vlb и VIc) были получены в аналогичных условиях: Р'-доли-хил-Р; • (дифенил)дифосфат (VIb) был выделен распределением между верхней и нижней фазами равновесной системы гептан-ацетонитрил; в случае соланезола активированный эфир (Vic) был использован в реакции с моно(тетра-н-бутил-аммоний)фосфатом без выделения. Выходы соединений (Vb и Vc) были сравнимы с выходом
ЭФФЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИГТРЕНИЛДИФОСФАТОВ
63
мораиренилдифосфата, их структура подтверждена данными 'Н- и 31Р-ЯМР-спектроскопии.
Таким образом, в результате проведенного исследования показано, что на основе дифенилпи-рофосфатного метода может быть осуществлен простой и эффективный синтез полипренилди-фосфатов различной структуры, содержащих а-концевые Z- и £-изопреновые звенья, а также ct-дигидроизопреновое звено.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Спектры 'Н- и 31Р-ЯМР снимали на приборе Brukcr АС-200 (ФРГ) с рабочей частотой 200 и 121.5 МГц соответственно (стандарты - Me4Si и 85% Н3Р04 соответственно). Величины химических сдвигов приведены в шкале 8, м. д.; константы спин-спинового взаимодействия - в герцах. Хлористый метилен абсолютировали, пропуская через колонку с окисью алюминия (степень активности 0 по Брокману). Анионообменную хроматографию полипренилдифосфатов осуществляли на колонке (1.8 х 15 см) с DEAE-целлюлозой (DE-52, Whatman, Англия, ОАсг-форма). Электрофорез проводили на бумаге Filtrak FN-16 (ГДР) в 0.05 М водном растворе триэтиламмонийбикар-боната (ТЕАВ), рН 8.5, обнаруживая фосфаты реагентом Хайнса-Ишервуда [19] и определяя подвижность соединений относительно пикриновой кислоты (Ер). ТСХ проводили на пластинках (5x2 см) с силикагелем (Silica Gel 60, Merck, ФРГ) в системе хлороформ-метанол-вода, 60 : 25 : 4 (А) и хлороформ-метанол-вода-25% водный аммиак, 65 : 35 : 4 : 4 (Б). Непредельные соединения обнаруживали проявлением в парах 12, фосфорсодержащие соединения - с помощью реактива Банковского [20] с последующим прокаливанием.
Ьис(триэтиламмониевую) соль 2-цианоэтил-фосфата получали из соответствующей бариевой соли [18] обработкой водной H2S04, прибавлением избытка триэтиламина и высуш
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.