БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2005, том 31, № 2, с. 200-205
УДК 547.415.057
НОВЫЙ СИНТЕЗ а-МЕТИЛ- И а,<х-ДИМЕТИЛСПЕРМИНА
© 2005 г. Н. А. Григоренко*, И. Вепсалайнен**, А. Ярвинен***, Т. А. Кейнанен***, JI. Алхонен***, Ю. Янне***, А. Р. Хомутов**
* Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН, 119991, Москва, ГСП-1,ул. Вавилова, 32; **Департамент химии, Университет г. Куопио, Куопио. Финляндия; ***Центр наук о молекулах им. А.И. Виртанена, Куопио, Финляндия Поступила в редакцию 08.04.2004 г. Принята к печати 14.05.2004 г.
Для исследования биохимических превращений полиаминов in vitro и in vivo синтезированы а-ме-тилспермин и а,а'-диметилспермин с высокими суммарными выходами, исходя из Л/-(бензилокси-карбонил)-3-аминобутанола.
Ключевые слова: полиамины; а-метилспермин; а,а'-диметилспермин; спермидин/спермин-N1 -аце-пшлтрансфераза.
ВВЕДЕНИЕ
Алкильные производные спермина (Эрш) и спермидина (8рс1) широко используются для регулирования активности ферментов метаболизма полиаминов и изучения функций Брш и Эре!, которые присутствуют в значительных количествах во всех типах клеток и необходимы для их нормального роста. Известны две группы таких аналогов, отличающиеся положением алкильного заместителя. Наиболее изученная из них включа-
H2N'
nh
NH
,nh2
Spm
Последующее окисление /У'-Ас-спермина в 8рс1 и уУ'-Ас-спермидина в путресцин приводит к истощению пула Брш и Эре) и ингибированию роста клеток (см. обзоры [1, 2]).
Вторую, менее изученную группу алкильных производных полиаминов составляют С-заме-
Сокращения: DENSpm - диэтплнорспермин (3,7,11,15-тетра-азагептадекан); ce,a'-Me2Spm - а,а'-диметилспермин (2,13-диа-мино-5,10-диазатетрадекан); aMeSpd - a-метилспермидин (1,8-диамино-5-азанонан); aMeSpm - a-метилспермин (1,12-диамино-4,9-диазатридекан); Ms - метансульфонил; Ns - о-нитрофенилсульфонил; Put - путресцин (1,4-диаминобутан); Spd - спермидин (1,8-диамино-5-азаоктан); Spm - спермин (1,12-диамино-4,9-диазадодекан); SSAT - спермидин/спер-MiiH-yv'-ацетилтрансфераза.
#Автор для переписки (тел.: (095) 135-60-65; эл. почта: alexkhom@genorne.eimb.relaiTi.ru; факс: (095) 135-14-05).
ет в себя симметричные, например, диэтплнорспермин (ОЕКЗрт), и несимметричные терминально бис-Л'Д'-алкилированные производные Брт и его гомологов.
Эти соединения, подобно Брт и Эре), активно транспортируются в клетки, однако они не способны выполнять жизненно важные функции полиаминов. Накопление ОЕЫЗрш или подобных ему веществ вызывает индукцию Зрс^рт-УУ'-аце-тилтрансферазы (ББАТ, КФ 2.3.1.57), которая катализирует ключевую реакцию катаболизма полиаминов.
NH ^^ NH DENSpm
щенные аналоги [3-5]. Некоторые из этих веществ, например аМе5рт, а,а'-Ме25рт, аМе5рс1, в отличие от /У-алкильных производных (см. выше) и подобно Брт и Брс1, способны поддерживать рост клеток, в которых концентрация полиаминов понижена [3,4]. Показано, что а-метилполи-амины не являются субстратами ББАТ, что обеспечивает их метаболическую устойчивость [3], но в то же время они, подобно Брт и Брс1, способны индуцировать биосинтез этого фермента [6]. аМеЯрс!, аМеБрш и а,а'-Ме28рт взаимодействуют с ДНК аналогично природным полиаминам [7], а аМеБрё, кроме того, является субстратом дезокси-гипузинсинтазы, обеспечивающей посттрансляционную модификацию фактора инициации е1Е-5А, необходимую для нормального функционирования рибосом [8]. Недавно мы показали, что
H9N'
NH Spd
.NH,
bbN'
NH aMeSpd
-NH,
аМе8рс1 способен предотвращать острый панкреатит, вызванный истощением пула полиаминов у трансгенных крыс в результате супериндукции ББАТ [9]. Известно, что присутствие небольшого количества Эрш существенно снижает значение концентрации Брс1, необходимой для поддержания роста клеток с дефицитом полиаминов [10]. Весьма вероятно, что подобная закономерность сохранится и в случае а-метильных производных 8рт и Брс!. В этом случае использование катабо-лически устойчивых аналогов 8рт, способных выполнять его основные клеточные функции, например аМеБрн! и а^а'-Ме^рт, должно привести к понижению действующей концентрации аМеЗрс!.
Несмотря на очевидную биохимическую значимость, а-метильные аналоги 8рт до сих пор остаются малодоступными соединениями. Недавно мы описали простой способ синтеза аМеБрс1 [11], а в настоящей работе представлены удобные схемы получения аМеЗрш и а,а'-Ме28рт, позволяющие синтезировать их в количествах, необходи-
мых для изучения их метаболизма и биологических эффектов in vitro и in vivo.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Описанные в литературе методы синтеза aMeSpm и a,a'-Me2Spm обладают существенными недостатками и позволяют получать целевые соединения в количестве нескольких десятков миллиграммов с низким суммарным выходом [3].
В настоящей работе для построения скелета aMeSpm используется последовательное наращивание полиаминной цепи путем алкилирования соответствующих аминокомпонент мезилатами /V-защищенных аминоспиртов (схема 1). Исходным соединением служил З-СЬг-аминобутанол, который был приготовлен восстановлением этилового эфира 3-аминомасляной кислоты LiAlH4 в THF с последующим /V-карбобензоксилировани-ем по методу, описанному нами ранее в синтезе aMeSpd [11].
CbzNH
CbzNH
ОН
CbzNH
ОН
CbzNH.
Cbz I
NH
"NH2
NHI
NH
NH
~NH2-4HC1
(IV)
(V)
i - Ms-Cl/Et3N/CH2Cl2; ii - H2N(CH2)4OH/THF; iii - Cbz-Cl/H20/NaHC03; iv - H2N(CH2)3NH2AHF; v - H2/Pd; vi - HCl/MeOH. Схема L
На первой стадии /У-СЬг-спирт (I) обрабатывали мезилхлоридом, и полученный мезилат без дополнительной очистки вводили в реакцию с избытком 4-аминобутанола при 50°С, что приводило к аминоспирту (П), который очищали колоночной хроматографией на силикагеле. Вторичную аминогруппу соединения (II) карбобензоксилировали и
полностью /V-защищенный аминоспирт (Ш) вновь обрабатывали мезилхлоридом. Взаимодействие полученного мезилата с избытком 1,3-диаминопропа-на в THF при +4°С (проведение реакции при 20°С заметно увеличивает количество минорных побочных продуктов, затрудняющих очистку соединения (IV)) приводило к ди-Л^-СЬг-защищенному
а-метилспермину (IV), который также очищали колоночной хроматографией на силикагеле. После удаления СЬг-групп гидрированием над Рс1-чернью при атмосферном давлении аМеБрш (V) был выделен в виде хорошо кристаллизующегося тетрагидрохлорида. Суммарный выход синтезированного таким способом аМеБрт составил 41%, считая на З-СЬг-аминобутанол (I).
Описанная выше линейная стратегия синтеза малоэффективна для получения a,a'-Me2Spm. Симметрия молекулы целевого соединения позволила использовать конвергентный синтез (схема 2), ключевой стадией которого явилось алкилирование З-СЬг-аминобутилбромидом А^Л/'-бис-о-нитрофе-нилсульфонильного (Ns) производного путресци-на (VII).
H2N.
NH
NH
NH2 ■ 4НС1
(IX)
i - Ms-Cl/Et3N/CH2Cl2; ii - LiBr/THF; ni - Ns-Cl/Et3N/CH2Cl2; iv - (VI)/DMF/K2C03; v - PhSH/DMF/K2C03; vi - H2/Pd; va - HCl/MeOH.
Схема 2.
Взаимодействием путресцина с 2.1 экв. Ns-Cl в присутствии EtзN получали биссульфамид (VII), который плохо растворим в большинстве органических растворителей, за исключением Е)МР и 0М50. Для получения бромида (VI) аминоспирт (I) превращали в мезилат, который обрабатывали избытком бромида лития в ТНБ. После отделения неорганических солей бромид (VI) без дополнительной очистки вводили в реакцию с сульфамидом (VII) в ЭМБ в присутствии поташа, что позволило с высоким выходом провести алкилирование обеих первичных аминогрупп. Алкилирование соединения (VII) мезилатом или тозила-том спирта (I) приводит к искомому продукту лишь с низким выходом. №-группы удаляли с сохранением двух СЬг-групп обработкой тиофенолом и получали соединение (VIII), которое легко очищается хроматографией на силикагеле. На последней стадии синтеза СЬг-группы удаляли гидрированием над Рс1-чернью при атмосферном давлении и полученный а,а'-Ме28рт (IX) выделяли в виде тетрагидрохлорида. Суммарный выход составил 57%, считая на З-СЬг-аминобутанол.
Таким образом, описанные в настоящей работе схемы синтеза позволяют получать аМеБрш и а,а'-Ме^рт с высоким суммарным выходом и чистотой более 99% (по данным ВЭЖХ, в стандартных условиях анализа полиаминов [12]). Предлагаемые схемы синтезов пригодны и для получения неизвестных
(/?)- и (5)-изомеров aMeSpm и a,a'-Me2Spm, которые могли бы проявлять различную биологическую активность.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали этиловый эфир р-амино-масляной кислоты, 1,4-диаминобутан, Ns-Cl (Aid-rich), Cbz-Cl, Ms-Cl, 4-аминобутанол, 1,3-диамино-пропан (Fluka), LiAlH4 (Sigma). З-СЬг-аминобутанол получали согласно работе [11]. ТСХ проводили на пластинках Kieselgel 60 F254 (Merck) в системах: СНС13 (A); CHCVMeOH, 200 : 1 (Б); СНС13-МеОН, 97 : 3 (В); СНС13-МеОН, 9 : 1 (Г); диоксан-25% NH4OH, 97 : 3 (Д); диоксан-25% NH4OH, 9 : 1 (Е); н-Ви0Н-Ас0Н-пиридин-Н20, 4:2:1:2 (Ж). Колоночную хроматографию выполняли на силикагеле Kieselgel (40-63 мкм, Merck). Вещества на хроматограммах обнаруживали по УФ-поглоще-нию и цветной реакцией с нингидрином.
Спектры ЯМР регистрировали на приборе Bruk-er Avance 500 DRX (Германия), в качестве внутреннего стандарта использовали Me4Si (CDC13) и натриевую соль 3-триметилсилилпропансульфокис-лоты (D20). Химические сдвиги приведены в миллионных долях, а КССВ - в герцах.
8-(Бензилоксикарбонил)амино-5-азанонанол (II). К охлажденному до 0°С раствору 3.34 г ( 15 ммоль) З-СЬг-аминобутанола (I) и 2.61 мл ( 19 ммоль) Et3N
в 40 мл абс. СН2С12 прибавляли при перемешивании в течение 15 мин раствор 1.24 мл (16 ммоль) Ms-Cl в 10 мл абс. СН2С12 и оставляли перемешиваться еще 1 ч при 0°С и 1 ч при комнатной температуре. К реакционной смеси прибавляли 25 мл 1 M раствора NaHC03, органическую фазу отделяли, промывали последовательно Н->0 (10 мл), 0.5 M H2S04 (3 х 25 мл), Н20 (10 мл), Гм NaHC03 (20 мл), насьиц. NaCl (10 мл), сушили MgS04 и упаривали в вакууме досуха. К остатку в 20 мл абс. THF прибавляли в один прием раствор 8.9 г (100 ммоль) 4-аминобутанола в 10 мл абс. THF и оставляли на ночь при 50°С. Избыток 4-аминобутанола отгоняли в вакууме, остаток растворяли в 20 мл 1 M NaOH, экстрагировали СНС13 (25 мл), об
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.