Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Сипин Сергей Валерьевич

Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина
<
Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сипин Сергей Валерьевич. Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.03.- Москва, 2007.- 112 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-2/593

Содержание к диссертации

Введение

1. Селективная модификация циклодекстринов 9

1.1. Общие подходы к селективной модификации циклодекстринов 11

1.2. Галогендезоксипроизводные циклодекстринов как объекты синтеза и промежуточные продукты для последующей модификации циклодекстринов 14

1.2.1 Замещение модифицированных гидроксильных трупп

1.2.2. Прямое замещение гидроксильных групп

1.3. Фосфорсодержащие производные циклодекстринов 19

1.3.1. Производные трехвалентного фосфора 20

1.3.1.1. Пер Р(Ш)-фосфорилированные производные 20

1.3.1.2. Селективно Р(Ш)-фосфорилйрованные производные 23

1.3.1.3 Перефосфорилирование как специфическая особенность Р(Ш)-фосфорилированных циклодекстринов.../. 26

1.3.1.4. Синтез «кэппированных» производных |3-циклодекстрина 28

1.3.2. Производные пятивалентного фосфора 31

1.3.2.1. Пер-Р(У)-фосфорилированные производные 31

1.3.2.2. Селективно замещенные фосфатсодержащие производные (3-циклодекстрина 32

1.4. Амфифильные производные циклодекстринов^ 39

2. Исследование подходов к синтезу катионных производных и гликофосфолйпидов на основе р-циклодекстрина 44

2.1. Синтез олиго-6-дезоксипроизводных Р-цикло декстринов 44

2.2. Подход к синтезу катионных производных Р-циклодекстрина 49

2.3. Исследование региоселективного монофосфорилирования первичных гидроксильных групп в присутствии вторичных гидроксильных групп 52

2.4. Амфифильные гликофосфолипиды на основе Р-циклодекстрина 58

2.5. Соединения включения типа «гость-хозяин» р-циклодекстрина с некоторыми органическими «гостями» 68

3. Экспериментальная часть 75

Выводы 93

Список литературы 94

Введение к работе

Циклодекстрины представляют собой сложные природные циклические олигосахариды, в которых остатки а-)-глюкопиранозы соединены гликозидными связями. Благодаря наличию внутренней хиральнои полости, циклодекстрины обладают рядом уникальных свойств, главным из которых является способность к образованию соединений включения типа «гость-хозяин». Эта способность определила возросший интерес к фундаментальным и прикладным исследованиям циклодекстринов, в первую очередь самого доступного из них - р-циклодекстрина и его производных [1-3]. Кроме того, к достоинствам циклодекстринов, по сравнению со многими другими полостными системами, относятся нетоксичность, биоразлагаемость и дешевизна, благодаря чему циклодекстрины нашли широкое практическое применение, что отражено в специальных монографиях и обзорах (см., например, [4-7]).

Важно, что многие свойства циклодекстринов, в первую очередь такие как растворимость в воде и органических растворителях, способность к образованию соединений включения, могут быть направлено изменены путем селективной модификации циклодекстриновой матрицы [8, 9]. К сожалению, направленная функционализация циклодекстринов до сих пор остается трудной в экспериментальном отношении задачей из-за присутствия в молекулах этих соединений двух типов различных по природе гидроксильных групп. Тем не менее, в последнее время больше внимания уделяется развитию методов именно регионаправленной функционализации, что связано с возросшими требованиями к синтезу производных циклодекстринов, содержащих нужные функциональные группы для различных целей, например, как «строительных» блоков для супрамолекулярной химии [10], вспомогательных веществ в биохимических исследованиях и в фармакологии [11, 12], а также для многих других целей [7].

Особый интерес в последнее время привлекают амфифильные производные циклодекстринов, содержащие остатки высших жирных кислот, обеспечивающие им органорастворимость, специфическую ориентацию молекул и одновременно несущие различные полярные группировки, улучшающие их водорастворимость,

что, в сочетании со способностью циклодекстринов как «хозяев» к включению различных «гостей», придает им особую практическую ценность. Среди таких соединений особое внимание могут привлекать гликофосфолипиды на основе циклодекстринов, которые объединяли бы в себе возможность к включению со способностью к самоорганизации таких амфифильных систем. Между тем, несмотря на хорошую разработанность ряда методик синтеза применительно к моносахаридам и линейным олигосахаридам, простой перенос этой техники на циклодекстрины оказался невозможен из-за ряда их структурных особенностей, особенно из-за наличия внутренней полости, обладающей склонностью к образованию соединений включения с реагентами и продуктами реакций и, как следствие, изменение «обычного» порядка протекания реакций (см., например, [13-15]). .

В связи со сказанным, мы провели специальное исследование, представленное в виде диссертационного сочинения, посвященное исследованию путей синтеза первых представителей катионных производных и гликофосфолипидов на основе р-циклодекстрина, принадлежащих к новому классу амфифильных фосфолипидов фиксированных на цикл о декстриново и матрице. Ранее на нашей кафедре под руководством д.х.н., проф. Д.А. Предводителева были проведены широкие исследования в области синтеза традиционных гликофосфолипидов, но с использованием амидов кислот трехвалентного фосфора [16].

В своей работе мы использовали подходы как включающие введение в молекулу циклодекстринов фрагментов уже содержащих фосфор (раздел 2.2.), так и прямое фосфорилирование циклодекстринов, не содержащих специальных защит для гидроксильных групп (раздел 2.4.). Они потребовали предварительной разработки методов региоселективного монофосфорилирования первичных гидроксильных групп в присутствии незащищенных вторичных гидроксильных групп (раздел 2.3.) и исследования путей синтеза бромдезоксициклодекстринов как промежуточных соединений для получения катионных производных на основе р-циклодекстрина (раздел 2.1.).

Целями работы являются

Выбор оптимальных вариантов синтеза олиго-6-бром-6-дезокси-|3-циклодекстринов путем сопоставления способов получения с применением реагентов Вильсмейера-Хаака и через тозильные производные Р-циклодекстрина. Поиск эффективных путей региоселективного монофосфорилирования первичных гидроксильных групп в присутствии незащищенных вторичных гидроксильных групп доступными реагентами трехвалентного фосфора с применением модельных гидроксил со держащих соединений различной природы. Разработка подходов к синтезу катионных производных Р-циклодекстрина с использованием алкилирующих свойств бромдезокси-р-циклодекстринов по отношению к терминальной аминогруппе фосфорсодержащего соединения. Синтез первых представителей конъюгированных систем, в молекулах которых объединены структурные элементы Р-циклодекстрина и фосфолипидов, обладающих амфифильными свойствами и способностью к «включению» гидрофобных гостей. Исследование возможности р-циклодекстрина к образованию соединений включения с «гостями» различной природы важными в практическом отношении.

Научная новизна работы заключается в том, что: -разработан эффективный способ получения бромдезокси-Р-циклодекстринов, позволяющий вводить в молекулу Р-циклодекстрина вместо гидроксильных групп заданное количество атомов брома;

-впервые предложены удобные пути региоселективного монофосфорилирования первичных гидроксильных групп сложных природных олигогидроксилсодержащих соединений в присутствии незащищенных вторичных гидроксильных групп;

-найдены пути получения катионных производных Р-циклодекстрина, содержащих остаток изопропилиденглицерометилфосфоната;

-получены первые представители амфифильных фосфолипидов на основе р-циклодекстрина.

Практическая значимость.

На основе разработанных методов синтеза бромдезоксициклодекстринов и способов региоселективного монофосфорилирования можно получать катионные производные и амфифильные фосфолипиды на основе Р-циклодекстрина разной природы и состава, представляющие практический интерес для биохимических и фармакологических исследований, например, для изучения функционирования клеточных мембран, изучения метаболизма ряда биологически важных соединений и для точечной доставки лекарственных средств. Разработаны способы получения соединений включения типа «гость-хозяин» Р-циклодекстрина с некоторыми органическими «гостями» различной природы, представляющими практический интерес.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены и обсуждались на II Международном симпозиуме по молекулярному дизайну и синтезу супрамолекулярных архитектур (Казань, 2004 г.), научных сессиях МПГУ (2005, 2006 гг.), VIII Молодежной научной школе-конференции по органической химии (Казань, 2005 г.).

Диссертационное исследование выполнено на кафедре органической химии химического факультета МПГУ. С 2003 по 2006 гг. работа была непосредственно связана с выполнением грантов Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 02-03-32694 и № 05-03-33083) и гранта Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ РФ (№ НШ-5515.2006.3).

Объем и структура работы.

Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы и 2 рисунка. Список цитируемой литературы включает 152 наименований. Работа состоит из введения, литературного обзора, посвященного особенностям химии и применения циклодекстринов, обсуждения результатов собственных исследований, экспериментальной части, выводов и списка литературы.

Автор считает приятным долгом поблагодарить своих научных руководителей д.х.н., проф. М.К. Грачева и к.х.н. Г.И. Курочкину за постоянную

поддержку и внимание. Благодарен за участие и научные консультации зав. кафедрой, д.х.н., проф., чл.-корр. РАН Э.Е. Нифантьеву, выражает благодарность за регистрацию и помощь в интерпретации спектров ЯМ? *Н, 13С и 31Р к.х.н., вед.н.с. Л.К. Васяниной (МПГУ) и к.х.н., с.н.с. Л.О. Кононову (ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН). Отдельную благодарность автор выражает к.х.н., вед.н.с. М.А. Маленковской за неоценимую помощь на первых этапах своей работы.

1. СЕЛЕКТИВНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ

(литературный обзор)

Циклодекстрины представляют собой сложные природные циклические олигосахаридные соединения, молекулы которых состоят из регулярно расположенных глюкопиранозных единиц. Наиболее распространенные - а-, (3- и у-циклодекстрины - состоят, соответственно, из шести (п=Г), семи (п=2) и восьми (п=3) глюкопиранозных остатков:

п = 1-3

-ОН

он

"гость"

"хозяин"

Циклодекстрины, содержащие менее шести глюкопиранозных единиц, изучены мало, т.к. они неустойчивы но причине высокой напряженности

образующихся циклов, связанных "голова к хвосту" а(1—>4)-гликозидной связью. Также относительно мало изучены циклодекстрины, содержащие более 8

глюкозидных звеньев, в основном из-за их труднодоступности (см., например, [3,

4])-

Молекулы циклодекстрина обладают относительно негибкой тороидной (напоминающей "бублик", "ковш", "ведро") структурой, с одной стороны которой (с широкой части молекулы) находятся в положениях С(2) и С(3) глюкозидных единиц вторичные, а с другой (узкой) в положениях С(6) - первичные гидроксильные группы. Важной структурной особенностью циклодекстринов является наличие вторичных гидроксильных групп, регулярно связаных между собой сильными внутримолекулярными межглюкозидными водородными связями, обеспечивающими жесткость циклодекстринового каркаса. Таким образом, молекулы циклодекстринов имеют по краям тора гидрофильные гидроксилы, а в своем объеме, т.е. основном остове, гидрофобные по своей природе фрагменты С-Н, С-С, С-О. Хотя ОН-группы способствуют растворимости углеводов в воде, на практике р-циклодекстрин оказался плохо растворим в отличие от а- и у-циклодекстринов (см. Таблица 1). Это объясняют как термодинамическими особенностями растворения (у (3-циклодекстрина самые сильные внутримолекулярные водородные связи), так и тем, что агрегаты, в виде которых циклодекстрины находятся в растворе, в случае р-циклодекстрина плохо «встраиваются» в трехмерную объемную структуру водородных связей воды [17].

Таблица 1. Некоторые свойства циклодекстринов [4]

Наиболее важной в практическом отношении особенностью циклодекстринов является внутренняя хиральная гидрофобная полость. Размеры этой полости (см. Таблица 1) увеличиваются с ростом количества глюкозидных звеньев в молекуле (от а- к у-циклодекстрину). Благодаря этой гидрофобной полости они способны к образованию комплексов включения типа "гость-хозяин" с

различными органическими и неорганическими молекулами или ионами. Обычно соотношение молекул «гостя» и «хозяина» в этих комплексах составляет 1:1, а факторами, определяющими комплексообразование, являются размер, природа «гостя» и растворителя [18]. Это уникальное молекулярное инкапсулирование уже широко используется для получения ряда промышленных продуктов, в разнообразных технологиях и аналитических методах, а также для решения некоторых задач супрамолекулярной химии [1, 2, 5, 7J, и в фармацевтике, где с их помощью достигаются повышенная растворимость, биодоступность, направленная доставка и стабильность лекарственных препаратов [11, 12].

Галогендезоксипроизводные циклодекстринов как объекты синтеза и промежуточные продукты для последующей модификации циклодекстринов

Особое место среди модифицированных циклодекстринов занимают их галогендезоксипроизводные. В практическом отношении следует отметить прежде всего относительную легкость и мягкость условий их синтеза, доступность реагентов, а также высокую реакционную способность бром- и иодпроизводных, обычно используемых в качестве полупродуктов для последующих химических превращений.

Анализируя работы, в которых встречаются описания синтеза галогенпроизводных циклодекстринов, можно выделить два основных подхода, применяемых для получения галогензамещенных циклодекстринов. Первый из них заключается в замещении на галогенид-ион (X ) модифицированных гидроксогрупп, например, этерифицированных остатками некоторых кислот (R) :

Первая попытка синтеза галогендезоксипроизводных циклодекстринов предпринята в 1969 году Cramer с сотрудниками [38] при использовании тозилзамещенного по положению С(6) В-циклодекстрина и иодида натрия, в результате чего впервые было получено 6-дезокси-6-йодпроизводное В-циклодекстрина. Вместе с тем, авторы работы отмечают, что в выбранных условиях реакции происходит неполное (частичное) замещение тозилокси групп на йод.

В работах Melton и Slessor описаны синтезы моногалогенпроизводных циклодекстринов путем замещения тозилокси группы на хлорид и бромид действием хлорида тетраметиламмония и бромида лития, соответственно, в ДМФА при нагревании, а также замещением на иодид обработкой тозилата циклодекстрина йодидом натрия в водной среде [27, 39].

Другие авторы [40] предлагают проводить замену тозилокси группы на иодид-анион путем нагрева производного циклодекстрина в ДМФА с йодидом натрия. Этим способом также получены С(3)-иод- и бромдезоксизамещеные производные циклодекстринов [41]. Аналогично были получены галогенпроизводные циклодекстринов, содержащие различные заместители при атомах С(2) и С(3) [38, 42, 43].

Интересной представляется работа [47], в которой пер-6-бромдезоксипроизводное Р-циклодекстрина получено путем обработки пер-[2,3-метил-6-(третбутил)(диметил)силил]-р-циклодекстрина дибромтрифенилфосфораном в хлористом метилене с выходом 62%. Особенностью данной реакции является то, что одновременное десилилирование и бромирование протекают при комнатной температуре: f-(OSiMe2t-Bu)7 г-Вг7 ОМе ОМе ОМе ОМе Ph3PBr2 — 1.2.2. Прямое замещение гидроксильных групп Непосредственная замена гидроксогрупп на атомы галогенов представляет интерес в плане простоты выполнения реакции (отсутствие промежуточных соединений), однако она затруднена сложностью точного контроля за количеством замещенных гидроксильных групп и, как правило, применяется для тотального замещения С(6) гидроксилов циклодекстринового каркаса.

Вследствие невысокого выхода продукта реакции (-30%) и относительно большого числа побочных продуктов, данный метод не нашел широкого распространения, хотя в диссертации Kostrewa [48] описано получение по этому методу с выходами 86% и 89% соответствующих бромдезоксипроизводных а- и р циклодекстрина.

Большее практическое распространение получил способ синтеза галоиддезокси циклодекстринов, заключающийся во взаимодействии циклодекстринов с реагентами Райдона и Вильсмейера-Хаака. Так, Defaye с сотрудниками предложил метод получения пер-6-бром-6-дезокси-циклодекстринов с использованием брома и трифенилфосфина в ДМФА [49].

Недостаток данного метода заключается в том, что в ходе реакции в реакционной массе накапливается трифенилфосфиноксид, от которого при выделении конечного продукта трудно избавиться. При изучении свойств галоиддезоксициклодекстринов было выявлено, что они обладают двумя существенными недостатками: низкой растворимостью в большинстве обычно используемых растворителей и малой хроматографической подвижностью [49], что, как предполагают авторы работ [51, 52], обусловлено образованием прочных димеров (ассоциатов).

Во избежание загрязнения реакционной массы трифенилфосфиноксидом был предложен метод получения реагента Вильсмейера-Хаака на основе ДМФА [53]. Полученный комплекс после выделения и очистки вводили в реакцию с (3-циклодекстрином и получали соответствующее пердезоксибромпроизводное с выходом близким к количественному (98%).

Дальнейшее развитие данная реакция получила в работе [54], где в качестве галогенирующих агентов для получения перхлор- и пербромдезоксипроизводных а-, (3-, и у-циклодекстринов использовались бромметиленморфолин бромид и хлорметиленморфолин хлорид. Интересно отметить, что в случае замещения в молекулах циклодекстринов первичных гидроксильных групп на атомы хлора, тотального замещения, как в случае с бромом и йодом, в ходе данной реакции не происходит, а образуются лишь продукты со средней степенью замещения 3 для а-циклодекстрина, со степенью замещения 4 для (3-циклодекстрина и со степенью замещения 5 для у-циклодекстрина. В данной работе также исследовано влияние природы растворителей на ход галогенирования.

Используя реагент Вильсмейера-Хаака на основе мезилхлорида в присутствии имидазола Khan и D Souza [55] получили пер-(6-хлор-6-дезокси)-3-циклодекстрин с выходом превышающим 90%. К сожалению, данный метод по словам авторов не привел к желаемым результатам при получении фтордезоксициклодекстринов.

Для производных циклодекстринов с защищенными вторичными гидроксогруппами использован реагент Вильсмейера-Хаака, полученный на основе тозилхлорида в пиридине в присутствии п-диметиламинопиридина с выходом 92% [23] при небольшом нагревании реакционной смеси, а также комплекс трифенилфосфина с иодом в присутствии имидазола в толуоле [56]:

Принимая во внимание уникальные особенности строения и свойств циклодекстринов, можно ожидать, что фосфорсодержащие производные будут представлять особый интерес как новый класс макрогетероциклических соединений с богатыми возможностями для их практического применения. Так, например, введение фосфорсодержащих остатков в молекулу циклодекстрина может направленно изменить его свойства, такие как водо- и органорастворимость, увеличить их лигандирующую способность за счет увеличения объёма внутренней полости и, в целом, создаст дополнительные возможности для образования комплексов типа «гость-хозяин».

Хотя к настоящему времени фосфорилирование моносахаридов и многих их производных изучено достаточно подробно, как оказалось, нет оснований для прямого переноса этих методов на фосфорилирование циклодекстринов. В первую очередь, как уже упоминалось выше (раздел 1.1.), это связано с большим количеством свободных гидроксильных групп, что приводит к существенному влиянию так называемого «статистического» фактора [19] при последовательном замещении гидроксилов и с наличием у циклодекстринов различных по реакционной способности гидроксильных групп, что создает трудности при их направленной функционализации. Дополнительно следует упомянуть и существенное влияние внутренней полости циклодекстринов на ход и направление их химических превращений. Что касается фосфорсодержащих циклодекстринов, то, к моменту начала исследований в нашей лаборатории, в литературе имелись лишь отдельные сообщения о синтезе, главным образом монофосфорилированных производных циклодекстринов, систематических же исследований в области синтеза фосфорсодержащих циклодекстринов не проводилось.

Соединения этого класса представляют не только самостоятельный интерес, например, в качестве лигандов для высокоселективных металлокомплексных катализаторов, но и обладают широкими возможностями для их последующего превращения с использованием богатого арсенала химии трехвалентного фосфора [57].

Селективно Р(Ш)-фосфорилйрованные производные

Интересные результаты получены при синтезе металлокомплексных катализаторов на основе Р(Ш)-лигандов, закрепленных на циклодекстриновой матрице. В этом случае для стереоселективных превращений с участием таких катализаторов можно ожидать энантиомерного обогащения за счет предпочтительного включения одного из антиподов субстрата в хиральную циклодектриновую полость. Впервые такой водорастворимый бидентатный дифосфиновый Pd-катализатор на основе 3-циклодекстрина и ферроцена был получен в 1993 г, однако данные о его каталитических способностях в работе не приведены [62].

Другой, более простой катализатор на основе лиганда р-циклодекстрина, содержащего остаток этилентиолдифенилфосфина, первоначально оказался неэффективным для энантиомерного обогащения при гидрировании прохиральных субстратов [63].

Тем не менее, работы в этом направлении были продолжены и их результатом стало получение серии комплексов уже с бидентатными лигандами, отличающимися длиной «спейсера» между циклодекстриновой матрицей и лигандирующей фосфорной частью [64].

Наибольшую степень энантиомерного обогащения (76%) в реакции селективного гидрирования показало производное с количеством метиленовых звеньев равным двум [65]. Дальнейшие исследования в этом направлении экспериментально подтвердили явление узнавания двумя Р(Ш)-фенильными группами, находящихся в близости к внутренней полости (3-циклодекстрина. Данные РСА кристаллов свидетельствовали об избирательном внутримолекулярном комплексовании одной из двух фенильных групп, так что энантиомерное обогащение при гидрировании соответствующими комплексами индуцируется хиральностью атома фосфора [66].

Также интересна работа, в которой авторам путем многостадийного синтеза удалось получить бисфосфиновое производное а-циклодекстрина с фосфорсодержащими функциями в положениях С(б)1 и С(6)4, и синтезировать на его основе путем «кэппинга» (см. раздел 1.3.1.4.) комплексы для ряда переходных металлов (с выходами фосфорных производных около 70%) [67].

Аналогичные палладиевые и рутениевые «дикэппированные» комплексы, но более сложного строения, были получены на основе а-циклодекстрина, тетрафункционализированного по первичным гидроксильным группам, который был получен региоселективным тетраалкилированием а-циклодекстрина с использованием супертритилхлорида [трис(4-/я/?еяг-бутилфенил)хлорметана] [68].

В работе [69] описано получение родиевого металлокомплекса на основе монофосфинитного производного Р-циклодекстрина, полученного прямым взаимодействием дифенилхлорфосфинита и циклодекстрина в пиридине при 20 С (выход 60-70%). Позже в нашей лаборатории было показано, что в данном случае имеет место быстрая фосфинит-фосфиноксидная изомеризация [70]. Хотя положение «фосфинитного» заместителя в работе [69] только постулируется, на его основе получены родиевые катализаторы, которые были испытаны в селективном гидрировании различных по природе прохиральных олефинов. Обнаружено, что внутренняя полость фосфинита циклодекстрина «распознает» форму и размер выбранных субстратов, адаптируясь каталитическими участками благодаря образованию прочного комплекса включения.

Для проверки предположения, что перефосфорилирование происходит благодаря именно наличию циклодекстринового остова в изучаемой системе, проведены эксперименты в аналогичных условиях с модельными соединениями, представляющими собой частично защищенные Р(Ш)-фосфорилированные моносахариды. Оказалось, что они не вступают в подобное перефосфорилирование [13].

Способность вступать в аналогичных условиях в перефосфорилирование с пернеопентиленфосфитом р-циклодекстрина была проверена и для некоторых других хлорфосфитов. Большинство из них также вступает в перефосфорилирование, но с разными степенями замещения [21-(x+y+z)] [13].

Таким образом, легкое перефосфорилирование перфосфитов р-циклодекстрина представляет собой необычное явление, заключающееся в том, что циклодекстриновый каркас резко меняет химические свойства связанных с ним фосфитных групп. Сделано предположение, что перефосфорилирующий агент сначала включается в циклодекстриновую полость, а затем вступает собственно в химическую реакцию, протекающую на супрамолекулярном уровне. Центральный момент такой реакции заключается в сближении ковалентносвязанных фосфитных групп «хозяина» и «гостя», благодаря чему происходит легкое перераспределение связей (подобно метатезису) и образуется новое производное циклодекстрина со смешанными фосфитными группами. Такой продукт имеет уже более компактные заместители и, благодаря этому, является более устойчивым соединением [72].

Подход к синтезу катионных производных Р-циклодекстрина

Ранее было показано, что пер-6-бром-6-дезокси-р-циклодекстрин хорошо алкилирует пиридин с образованием пиридиниевых солей [95]. Это свойство мы использовали в своей дальнейшей работе по получению алкиламмониевых (катионных) производных циклодекстринов, представляющих особый интерес для решения ряда практических задач тонкого органического синтеза [9]. Среди катионных производных наше внимание привлекли производные (3 циклодекстрина, содержащие остаток 1,2-0,0 изопропилиденглицерометилфосфоната. Такие соединения важны для последующего получения на их основе сложных глицерофосфолипидных аналогов, включающих в свой состав фрагмент катионного производного р-циклодекстрина.

За ходом реакции следили методом спектроскопии ЯМР 31Р. Сигнал, характерный для соединения 19, при 39 м.д. исчезал и появлялся сигнал при 32 м.д., характерный для соединения 22 , которое было выделено в индивидуальном виде методом колоночной хроматографии. Индивидуальность и строение полученного вещества доказаны методом спектроскопии ЯМР Н, 13С и 3,Р, данными элементного анализа и ТСХ.

Далее, с целью получения искомых катионных производных (3-циклодекстрина, 3 мольных эквивалента фосфоната 22 алкилировались бромдезоксициклодекстринами 10 и 13, содержащими разнос количество брома: 1 и 2.9 соответственно. Реакция протекала в ДМФА в течение 96 часов (см. Экспериментальную часть), при этом методом ТСХ было определено, что часть фосфоната 22 не вступает в реакцию.

Образовавшиеся продукты выделяли осаждением диэтиловым эфиром из реакционной массы. Соединения 23, 24 выделены и охарактеризованы методом спектроскопии ЯМР Н и 31Р. Следует отметить, что катионные производные 3-циклодекстрина 23, 24 практически не отличаются по химическому сдвигу в спектре ЯМР 31Р от соединения 22, но в спектре ЯМР її наблюдается смещение сигналов в слабое поле синглета метальных и триплета метиленовых протонов при

Отметим, что похожие фосфонатные аналоги фосфолипидов были получены ранее в группе проф. Д.А. Предводителева, но другим способом [129]. атоме азота с 2.11 и 2.61 м.д. (соединение 22) до 3.29 и 2.71 м.д. (соединения 23, 24). Важно, что если в случае бромдезоксипроизводного 10, содержащего 1 атом брома (п=1), алкилирование аминофосфоната 22 проходило полностью, с образованием соединения 23 (т=0), а в случае бромдезоксипроизводного 13, содержащего 2.9 атомов брома (п=2.9), в указанных условиях реакции происходило алкилирование аминофосфоната 22 только одним алкилбромидным фрагментом соединения 13, при этом по данным спектроскопии ЯМР ]Н оставшаяся часть алкилбромидных фрагментов (т=1.9) в соединении 24 осталась свободной. Другой особенностью этой реакции является то, что взаимодействие эквимолекулярных количеств бромпроизводного 13 и метилфосфоната 22 в аналогичных условиях не проходило вообще, видимо, в результате экранирования атомов брома производного 13 и (или) «включения» в полость циклодекстрина реагента 22 со стороны вторичных гидроксильных групп. Отметим, что похожее специфическое (супрамолекулярное) влияние циклодекстриновой полости на ход и направление реакций является характерной особенностью циклодекстринов и их производных [9, И, 15].

Таким образом, нами показано, что 6-бром-6-дезоксипроизводные Р циклодекстрина, полученные по разработанному нами методу (см.раздел 2.1.), являются удачными алкилирующими реагентами по отношению к \,2-0,0 изопропилиденглицерометилфосфонату, содержащему терминальную диметиламиногруппу, с целью получения на их основе катионных производных \\-циклодекстрина [128].

Региоселективное фосфорилирование первичных гидроксильных групп олиго- и полигидроксилсодержащих соединений представляет важную проблему В этой работе мы не рассматриваем синтезированные нами соединения на основе катионных производных (3-циклодекстрина как катионные липиды, представляющие собой особый класс липидов (см., например, [130]). тонкого органического синтеза [57, 129, 131, 132]. Разработка этой задачи имеет принципиальное значение для поиска эффективных методов синтеза ряда сложных природных соединений: фосфолипидов, гликофосфолипидов, фосфосфинголипидов и др. Обычно региоселективная функционализация достигается подбором специальных условий, например, использованием реагентов с пространственнозатрудненными группами, способствующими преимущественному взаимодействию с первичными гидроксильными группами, и подбором природы растворителя. В отдельных случаях используются стерически затрудненные амины, являющиеся активаторами нуклеофильности гидроксильных групп и катализаторами нуклеофильного замещения [133].

Ранее мы показали, что монофосфорилирование соседних гидроксильных групп сильно осложняется образованием внутримолекулярных водородных связей и приводит, главным образом, к дифосфорилированным продуктам [134]. Однако, применение избыточного количества третичных аминов - акцепторов хлористого водорода и активаторов реакции - позволяет успешно провести и монофосфорилирование [135]. Кроме этого, для монофосфорилирования диолов, содержащих свободные первичные и вторичные гидроксильные группы, оказалось успешным применение Р(Ш)-бензимидазолида в качестве фосфорилирующего средства [136].

Решая одну из задач, поставленных в нашей работе - синтез первых представителей гликофосфолипидов, содержащих в своем составе остаток 3-циклодекстрина, - на следующем этапе нашей работы мы поставили своей целью более широко исследовать возможность направленного фосфорилирования первичных гидроксильных групп в присутствии свободных вторичных на примере некоторых модельных гидроксилсодержащих соединений. Предполагалось, что на основе этих методов можно будет проводить регионаправленное монофосфорилирование первичных гидроксильных групп р-циклодекстрина в присутствии незащищенных вторичных гидроксильных групп. В качестве фосфорилирующих средств были выбраны Р(Ш)-производные разной химической природы: хлорангидрид неопентиленфосфористой кислоты 25, региоселективность которого по отношению к гидроксильным группам разной природы может регулироваться природой третичного амина [135], и триазолид неопентиленфосфористой кислоты 26 - мягкий фосфорилирующий реагент для гидроксильных групп [60]. В качестве простейших модельных соединений, содержащих первичные и вторичные гидроксильные группы, были выбраны 1,3-бутиленгликоль 27 и 1,2-0,0- изопропилиден-а-)-ксилофураноза 28, представляющие собой диолы различного строения: алифатический диол и диол, несущий гидроксильные группы на углеводной матрице. Контроль за ходом фосфорилирования осуществляли анализируя состав реакционных масс методом спектроскопии ЯМР 31Р.

Амфифильные гликофосфолипиды на основе Р-циклодекстрина

Известно, что Р-циклодекстрин и его многочисленные производные нашли широкое применение в фармакологии, главным образом как «контейнеры» лекарственных препаратов, благодаря своей уникальной способности к инкапсулированию различных гидрофобных соединений (образование соединений включения типа «гость-хозяин») [11, 12]. Такое «инкапсулирование» защищает включенное лекарство от биоразложений, способствует повышению его растворимости, а также, что особенно важно, доставке лекарства в нужное место за требуемый период времени эффективно и избирательно. Однако в последнее время определенное внимание уделяется и изучению ковалентного «привязывания» (конъюгирования) лекарственных препаратов к циклодекстрину, что позволяет в ряде случаев создавать новые лекарственные средства более пролонгированного и целенаправленного действия [94, 138, 139].

В дополнение к своей расширяющейся роли как переносчиков лекарств, циклодекстрины могут быть использованы для экстракции и исследования метаболизма ряда соединений (в первую очередь - холестерина) в живых биологических системах [12]. Например, циклодекстрины могут изменять распределение in vivo и влиять на передачу клеточных сигналов через биологическую мембрану путем изменения состава т. н. липидных «плотов» [140, 141]. Найдено, что гидроксипропилированный р-циклодекстрин может экстрагировать вирион -связанный холестерин, а также модулировать холестерин, связанный с ВИЧ-инфицированными клетками. Такая экстракция холестерина сильно понижает производство ВИЧ-вирусов и вирионы, высвобождаемые из клеток, очищенных от холестерина, были минимально инфицированы [140].

Дальнейшим развитием этих направлений могло бы быть соединение вышеуказанных специфических свойств циклодекстринов с транспортными свойствами организованных структур, таких как везикулы и мицеллы или во введении производных циклодекстринов в предорганизованные липидные матрицы, такие как липосомы или их аналоги [102, 104, 142]. Недавно, с целью создания фрагментов близких по строению и природе липидной холестериновой матрице в мембранах клетки, были синтезированы первые представители нового класса амфифильных производных на основе циклодекстринов, а именно холестерин-связанный р-циклодекстрин и т.н. фосфолипидилциклодекстрины, чьи структуры представлены ниже [102, 104, 142].

Эти соединения содержат гидрофобные конъюгированные (ковалентно привязанные) липидные фрагменты к узкой стороне циклодекстринового обода, что придает им амфифильные свойства и оставляет широкую часть циклодекстринового обода свободной для включения «гостей». Выбор холестерина в качестве гидрофобного остатка обусловлен тем, что он присутствует в биологических мембранах и изучение его роли и влияния на поведение бислоев представляет особый интерес [121]. Второй упомянутый здесь представитель амфифильных циклодекстринов - фосфолипидилциклодекстрин, содержит фосфолипидный остаток, присоединенный к циклодекстриновому остову с помощью «руки через пространство» (или на «ножке»). Считается, что регулированием размера этой «руки» можно лучше встраиваться в липидную матрицу (мембранный якорь) и вызывать тем самым меньшие структурные ее изменения [102, 104, 142]. Интересно, что метилированные аналоги (R = Me) проявляют большую растворимость в воде (чем при R = Н), что важно для образования самоорганизующихся объектов - везикул и мицелл. Низкие значения критической концентрации мицеллообразования указывали на сильную тенденцию этих амфифильных молекул к самоорганизации в воде. Методом статического и динамического рассеивания света показано, что в водном растворе эти амфифильные циклодекстрины ведут себя как длинные флуктуирующие «пруты» («стержни»), соответствуя бесконечно длинным мицеллам с покачивающимися по бокам объемными циклодекстриновыми головками. Важно, что ЯМР эксперименты, выполненные с хорошо известными гостевыми молекулами (например, Na-и-третбутилбензоатом), показали, что даже в высокоорганизованной форме эти амфифильные циклодекстрины полностью сохраняют свою способность к включению «гостей» в циклодекстриновую полость [102, 104, 142].

Помимо вышесказанного, необходимо, чтобы любой эффективный транспортер лекарства обладал способностью проходить через биологические барьеры, среди которых наиболее важным является гемато-энцефалический барьер (ГЭБ), защищающий центральную нервную систему от чужеродных, циркулирующих в крови веществ и регулирующий состав и свойства спинномозговой жидкости. Эффективное применение, например, нейроактивного лекарства предполагает, что оно должно быть способно преодолевать этот очень прочный и селективный барьер. Исследования, выполненные на модельной системе показали, что некоторые фосфолипиды, содержащие остаток [3-циклодекстрина, могут проходить этот барьер, и, что особенно важно, без его разрушения. Считается, что это первый пример носителя лекарственных средств, способного пройти через ГЭБ без нарушения его целостности [102, 104,142].

Таким образом, комбинация свойств циклодекстринов как молекул-клеток с транспортной эффективностью самоорганизующихся амфифильных молекул делает их ценными объектами, представляющими особый интерес для точечной доставки лекарств и изучения их метаболизма. С учетом наших данных о возможности региоселективного монофосфорилирования первичных гидроксильных групп в присутствии вторичных [137] (см. раздел 2.3.) [128] мы поставили своей целью исследовать подходы к синтезу более сложных по строению амфифильных циклодекстринов, принадлежащих к новому классу фосфолипиджциклодекстринов, т.е. производных циклодекстринов, содержащих в своем составе остаток фосфолипида. Амфифильность таких циклодекстринов должна определяться наличием гидрофильных гидроксильных групп молекул циклодекстрина и гидрофобными остатками алифатических жирных кислот, а способность к включению - наличием циклодекстриновой полости. Преимущество предлагаемого нами способа заключается в использовании свободного циклодекстрина, без защитных групп гидроксилов. Принимая во внимание экспериментальную сложность поставленной задачи, на первом этапе мы решили подобрать оптимальные условия для синтеза соединений 45, 46, содержащих в своем составе циклодекстрин, соединенный фосфатным мостиком с остатком 1,2-0,0-изопропилиденглицерина 17, взятого как модельный фрагмент природных 1,2-диацилглицеринов. Для синтеза нами был выбран т.н. хлорангидридный метод, где в качестве исходного фосфорилирующего средства использовали дихлорангидрид фенилового эфира фосфористой кислоты 42.

Похожие диссертации на Синтез гликофосфолипидов на основе Z-циклодекстрина