ИСТИНА

Целью проекта является синтез новых типов лигандов (рецепторов) для анионов на основе производных желчных кислот, способных встраиваться или проникать через клеточные мембраны. Конкретной задачей проекта является исследование способности пинцерных и триподальных лигандов – производных желчных кислот, имеющих в своих молекулах амино-, триазольные или алкилтриазолиевые группировки, образовывать комплексы с анионами, обладающими повышенной гидрофобностью по сравнению с фторид анионом, с целью возможного использования лигандов для детектирования и транспорта анионов. Основными способами синтеза новых типов пинцерных и триподальных лигандов будут реакции медь- и палладий катализируемого аминирования и метод CuAAC. Для оценки коплексообразования полученных соединений будут использованы в основном методы ЯМР титрования.

The aim of the project is the synthesis of new types of ligands (receptors) for the anions based on derivatives of bile acids that can be incorporated or penetrate cell membrane. The specific objective of the project is to investigate the ability of pincer or tripodal ligands - derivatives of bile acids having in their molecules, amino,alkiltriazolievye or triazole groups, to form complexes with anions, having increased hydrophobicity compared with fluoride anion, with the aim of the possible use of ligands for the detection and transport of anions. The main methods of synthesis of new types of ligands will be the reaction a copper- or palladium catalysed amination and CuAAC method.

В течение первого года осуществления проекта предполагается осуществить: 1) Синтез с помощью медь- и палладий катализируемых реакций аминирования бис(аминохолановых) производных лигандов пинцерного типа, имеющих жесткий ароматический линкер, дающий при комплексообразовании отклик в спектрах ЯМР и/или в УФ или флуресцентных спектрах. 2) С помощью метода CuAAC синтезировать серию новых пинцерных и триподальных лигандов, производных кислот фосфора. 3) Использовать метод CuAAC для синтеза производных желчных кислот и каликсаренов, содержащих от двух до четырех фрагментов триазолилхоланов. 4) Провести исследования по определению констант связывания полученных лигандов с анионами в различных растворителях. 5) Провести исследования по определению констант связывания полученных лигандов с катионами методами УФ или флуоресцентной спектроскопии. 6) Исследовать способность азотсодержащих производных холевых кислот увеличивать ионный ток через клеточные мембраны 7) Исследовать применение иодалкинов в CuAAC реакции со стероидными азидами с последующей функционализацией С-I связи (карбонилирование, аминирование и др.) образовавшихся иодтриазолов в качестве первого шага по созданию сложных стероидных лигандов для анионов или катионов.

В последнее десятилетие одним из наиболее бурно развивающихся направлений синтетической органической, а также супрамолекулярной химии является создание рецепторов для обнаружения и транспорта анионов. В качестве строительных блоков для создания сложных органических молекул, проявляющих свойства ионофоров в живых системах, нами были использованы молекулы желчных кислот, которые являются уникальными амфифильными молекулами, способными участвовать в образовании продуктов связывания, как с гидрофильными, так и с гидрофобными соединениями. Поданды на основе ЖК особенно полезны для транспорта ионов и нейтральных молекул, поскольку легко доступны, легко модифицируются, хорошо совместимы с липофильными средами, являются «дружелюбными молекулами» по отношению к живым системам, могут встраиваться в липофильные мембраны. В нашем исследовании мы сделали акцент на использование аминопроизводных желчных кислот, ранее малоизученных, для создания перспективных лигандов для катионов и анионов. Перспективность и новизна нашего подхода основана на сочетании липофильных свойств жесткого стероидного каркаса и высоких электронодонорных свойствах аминогруппы, наличия NH связей, часто необходимых для координации анионов, более высокой способности к изменению заряда за счет протонирования аминогрупп. Pd-катализируемое арилирование аминов является новым и очень перспективным методом синтеза самых разнообразных макроциклических соединений, которые могут проявлять как свойства комплексообразователей, так и потенциальных лекарственных средств. Вместе с тем, в последние годы наблюдается ренессанс так называемой «Ульмановской химии», т е возврат к использованию медь содержащих катализаторов, в том числе и для реакций аминирования. До начала нашего исследования ни Pd-, ни Cu-cодержащие катализаторы не были использованы для модификации аминохоланов.

1)Впервые проведено сравнительное исследование металлсодержащих катализаторов на основе соединений меди и палладия в реакции аминирования аренов аминохолановыми производными. Показано, что как медь, так и палладий содержащие катализаторы применимы для синтеза ариламинохолановых производных желчных кислот. Умеренные или высокие выходы ариламинохоланов были достигнуты в медь катализируемых реакциях с иодаренами, а также с дииодаренами, что дает возможность получать пинцерные лиганды на основе холанаминов с ареновым мостиком (схема 1). Схема 1. Медь катализируемое арилирование аминохоланов Однако именно палладий катализируемые реакции оказались более эффективными для синтеза пинцерных лигандов с холаниламиновыми заместителями и мостиками на основе антрахинона. При этом для палладий катализируемого аминирования необходимо использовать бромарены и дихлорантрахиноны. Иодарены для этой цели непригодны. Синтезировано три типа молекул с мостиком на основе антрахинона и подандами на основе литохолевой, деоксихолевой и холевой кислот (1а-c, схема 2). Схема 2. Pd-катализируемое аминирование аминохоланов Выходы в двух последних случаях оказались меньше. Специально поставленными опытами показано, что присутствие гидроксильных групп в субстрате или в растворителе (например, при добавлении i-PrOH) снижает выход палладий катализируемого аминирования. Полученные холаниламиноантрахиноны показали высокую комплексообразующую способность по отношению к ионам меди(II), хрома (III) и алюминия(III). По материалам этой части исследования направлена статья в Beilstein J. Org. Chem. 2)С помощью метода CuAAC (Copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition) впервые синтезирован фосфороцентрированный пинцерный лиганд (2, схема 3). Проведено сравнительное изучение его комплексообразующей способности и триподальных лигандов на основе кислот фосфора, описанными нами ранее, а также с ди- и тетраподальными лигандами, созданными нами на основе каликс[4]аренов (см. п. 3)). Было показано, что в случае пинцерных лигандов, синтезированных CuAAC реакцией на основе пропаргиловых эфиров кислот фосфора, побочно происходит гидролиз Р-О связи. Поэтому для получения пинцерных лигандов в качестве исходной ацетиленовой компоненты использовались амидные производные кислот фосфора. Схема 3. Пинцерный холанилтриазолиевый лиганд 3)С помощью метода CuAAC синтезированы производные желчных кислот и каликсаренов, содержащие от двух до четырех триазолилхолановых фрагмента. Поскольку холанотриазолилкаликсарены легко образуют гели и плохо кристаллизуются, был синтезирован модельный пинцерный лиганд, содержащий два метильных заместителя вместо фрагментов желчных кислот и для него получены данные РСА (рис 1), что позволяет прояснить структуру связывающего центра для данных типов лигандов. Схема 4. Пинцерные лиганды – производные каликсаренов. Рис.1 Результаты РСА анализа 1,3-бис(метилтриазолилметиленокси)каликс[4]арена - 5,11,17,23-тетра-трет-бутил-25,27-дигидрокси-26,28-бис-[(1,3-диметил-1H-1,2,3-триазолий-4-ил)оксиметил]каликс[4]арен бис(тетрафторбората), (конус) 4) Исследована комплексообразующая способность лиганда 5 (схема 5) по отношению к различным анионам в CDCl3. Обнаружено, что константа связывания лиганда (2) с фторид анионом равна 1.160.000 М-2 для комплекса состава 1:2 , и эта величина превышает константу связывания фторид аниона с фосфороцентрированными триподальными лигандами. Методом ЯМР титрования произведено определение констант устойчивости и состава комплексов лиганда 3а с анионами F- и PhCOO- (Получены значения констант связывания 105 и 90 соответственно). Для тетраподального лиганда 6 характерны комплексы состава 1:2 и константами связывания для F- и PhCOO- 11.700 и 10.500 М-2 соответственно. Схема 5. Синтез бис(метилтриазолиевых) лигандов в виде их бис(тетрафторборатов). Схема 6 тетраподальный холанилтриазолиевый лиганд на основе каликс[4}арена 5) Проведены исследования по определению констант связывания полученных лигандов с катионами в различных растворителях. Конъюгаты диаминоантрахинона и желчных кислот имеют темнофиолетовый цвет и интенсивную полосу поглощения при 550 nm в UV/Vis-спектре раствора соединения в ацетонитриле, что позволяет проводить спектрофотометрические исследования комплексообразования с катионами металлов. Было изучено влияние катионов ( Al(III), Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Cu(II), Ag(I), Pb(II), Hg(II), Cr(III), Ga(III), Y(III), In (III)) на УФ спектр соединения 1а. Исследования проводились путем последовательного добавления к 50 ?M раствору лиганда в MeCN 1, 2, 3 и 5 эквивалентов перхлоратов соответствующих металлов (10 mM раствор в ацетонитриле). Оказалось, что большинство исследованных катионов не оказывают влияния на спектр поглощения лиганда, тогда как добавление катионов Al(III), Cr(III) и в особенности Cu(II) приводит к существенному снижению поглощения в области 550 нм и сдвигу полосы поглощения до 537 нм в случае Al(III), 539 нм в случае Cr(III) и 535 нм в случае Cu(II). Анализ методом нелинейной регрессии демонстрирует образование комплексов Cu(II)*(1a) с константой стабильности (везде приведен lgK) 4.40. Для комплексов с ионами алюминия разной стехиометрии Al(III)*(1a)2 и Al(III)*(1a) lgK 8.25 и 4.14 соответственно, и для комплексов Cr(III)*(1a)2 и Cr(III)*(1a) lgK 8,07 и 4,00 соответственно. 6) Выявлено два соединения – триазолилпроизводные желчных кислот, способные изменять проницаемость мембраны липосом в зависимости от величины рН в интервале 3,7-4,9. Исследования в данном направлении будут продолжены. 7) Для изучения применения иодалкинов в CuAAC реакции со стероидными азидами предварительно была осуществлена модификация кортексолона – широко распространённого стероидного гормона – путём введения необходимой азидной группы. Для этого было проведено мезилирование более реакционноспособной первичной гидроксильной группы с последующим нуклеофильным замещением сульфонатной группы при действии азида натрия. Полученный в результате азидостероид был успешно введён в реакцию CuAAC с легкодоступными 1-иодалкинами. Каталитическая система на основе CuI и политриазольного лиганда TTTA позволила достичь весьма высоких выходов соответствующих 5-иод-1,2,3-триазолов (90–91 %). 5-Иод-1,2,3-триазолы представляют собой ценные синтетические интермедиаты, поскольку наличие атома галогена оставляет возможность дальнейшей модификации молекулы путём введения различных заместителей с помощью разнообразных Pd- и Cu-катализируемых реакций, в том числе кросс-сочетания. В ходе данной работы нами впервые осуществлено Pd-катализируемое алкоксикарбонилирование 5-иодтриазолов, позволяющее вводить сложноэфирную группу. Реакция карбонилирования протекает в достаточно мягких условиях при температуре 50 °C при использовании 1 атм CO и приводит к целевому соединению с высоким выходом 84 %.