Ciklohexán alapú molekuláris triskelionok szintézise és jellemzése
Doktori tézisek
dr. Neumajer Gábor
Semmelweis Egyetem
Gyógyszertudományok Doktori Iskola
Témavezet ő : Dr. Noszál Béla, DSc, egyetemi tanár
Hivatalos bírálók: Dr. Dibó Gábor, PhD, egyetemi docens Dr. Tétényi Péter, PhD, egyetemi adjunktus
Szigorlati bizottság elnöke: Dr. Kalász Huba, PhD, egyetemi tanár
Szigorlati bizottság tagjai: Dr. Krajsovszky Gábor, PhD, egyetemi docens Dr. Perjési Pál, PhD, egyetemi tanár
Budapest
2015
1
Bevezetés
Az utóbbi két évtizedben nagy érdeklődést keltettek a receptorszerű ionkötő – különösen a szimmetrikus szerkezetű, többfogú ligandumként működő – kis molekulák. Mutatja ezt az elmúlt években szintetizált C3-szimmetrikus szerkezetek – „molekuláris triskelionok” – nagy száma.
N
NH O NH O
N H
O
COOEt S
H EtOOC
SH
EtOOC SH
Munkánk során ezek változatosságának növelésére, számának bővítésére és tulajdonságaik részletesebb megismerésére tettünk kísérletet. Kutatásunk elsősorban a szerves szintézisre fókuszált, a molekulák lehetséges konformációs, ionkötő viselkedését – a szerkezetigazoláson túl – egy-egy kiragadott szempont (pl. protonálódás, réz(I)-kötés) alapján vizsgáltuk.
Célkit ű zések
Kiindulási célunk egy olyan, korábban publikált ionkötő C3-szimmetrikus vegyület reprodukciója és vizsgálata volt, amely egy ciklohexán-trimetanol maggal és az azt észteresítő három tirozin karral rendelkezik. A vegyület érdekességét pH-függő konformációváltozása adta: adott pH-tartományban „zárt” konformációt vett fel. A pH-tartomány módosítása és hasonló konformációs tulajdonságok reményében rokon származékok előállítását is terveztük a „karok” más aminosavakra történő cseréjével. A kapott vegyületek pontosabb protonálódási tulajdonságainak feltérképezése érdekében az adott aminosavakkal egyszeresen és kétszeresen szubsztituált származékokat is előállítottunk.
További potenciálisan ionkötő szimmetrikus háromkarú molekulák szintézisét az észterképzés megfordításával, ciklohexán-trikarbonsavból kiindulva kívántuk megvalósítani.
Különös tekintettel voltunk a szerkezetek tervezésénél az ionkötésre alkalmas funkciók beépítésére is. Figyelmünket egyre inkább a heterociklusos származékok, főleg – jól ismert ionkötő tulajdonságaik alapján – az 1,2,3-triazolok felé irányítottuk. Az így kapott végtermékek szerkezetének részletes igazolására, ionkötő tulajdonságaik vizsgálatára is hangsúlyt fektettünk.
2
Módszerek
Ciklohexán-1,3,5-cisz-trimetanolt észteresítettünk irodalmi eljárás alapján terc- butoxikarbinil-csoporttal védett tirozinnal, triptofánnal és hisztidinnel diciklohexil- karbodiimid és 4-(dimetilamino)piridin jelenlétében. Oszlopkromatográfiás tisztítás után a védőcsoportokat trifluorecetsavval távolítottuk el, így a végtermékeket trifluoracetát sóként kaptuk.
O O
O
O NH O
O NH
O O
NH
O BOC
BOC BOC
BOC
BOC
BOC TFA Et3SiH CH2Cl2
Boc-Tyr(Boc)-OH (6,0 ekv.) DCC, DMAP
DMF
88%
O O
O
O N H2 O H
O NH2
OH O
NH2
O H
95%
*3TFA OH
O H
OH
*3TFA N
H
O O
O
NH2 O
N H2
O
NH N H2
O N H
O O
O
O N H2
O NH2 O
NH2
N NH
N N H N
N H
*6TFA
A p-amino-fenilalanin származék előállításához benziloxikarbonil-csoporttal védett p- nitrofenilalanint használtunk az észteresítéshez. A védőcsoport eltávolításához használt katalitikus hidrogénezés egyúttal a nitrocsoportot is redukálta aminocsoporttá; a kapott termék bomlékonysága miatt abból trifluoracetát sót képeztünk.
3
COOH NH
O2N CBZ
O O
O
O N H2 N H2
O NH2
NH2 O
NH2
N H2
*6TFA O
O
O
O NH O2N
O NH
NO2 O
NH
O2N
CBZ CBZ
CBZ
95% 70%
(6 ekv.) DCC DMAP
DMF
1. H2, Pd/C EtOAc 2. TFA CH2Cl2 OH
O H
OH
Előállítottuk a különböző aminosavakkal egyszeresen és kétszeresen szubsztituált származékokat is. Ez esetben az észteresítési reakciókat 2 ekvivalens védett aminosavval végeztük, a kapott, védett aminosavakkal egyszeresen és kétszeresen szubsztituált származékok keverékét oszlopkromatográfiaval elválasztottuk, majd az előzőekhez hasonlóan a védőcsoportokat eltávolítottuk, trifluoracetát sót képeztünk.
O O
H
O N H2 O H
O H
*TFA
O O
H
O
O N H2 O H
O NH2
OH
*2TFA
OH
O H
O N H2
O N H
*TFA
*2TFA O
O H
O
NH2 O
NH N H2
O N H
O O
H
O H
O N
H2 N
NH
*2TFA
O O
H
O
O N H2
O NH2
N NH
N N H
*4TFA
4
O O
H
O N H2
N H2
O H
*2TFA
O O
H
O
O N H2
N H2
O NH2
NH2
*4TFA
További származékok előállításához Sonogashira-reakcióban, és azt követő katalitikus hidrogénezéssel különböző telítetlen és telített alkoholokat állítottunk elő jódanizolból és 5- jód-2metilpiridazin-3(2H)-onból; egyúttal vizsgáltuk az oldószer hatását a Sonogashira- reakcióra.
I H3CO
OH H3CO
Pd(PPh3)2Cl2 CuI
Et3N, CH3CN 99%
C H
OH
H2, Pd/C MeOH
H3CO
OH
95%
OH N
N O C H3 N
N I O C H3
Pd(PPh3)2Cl2 CuI
Et3N, CH3CN 96%
C H
OH
H2, Pd/C MeOH
N N C H3
OH O
78%
Az észterképzés megfordításával, ciklohexán-1,3,5-cisz-trikarbonsavat észteresítettünk (savkloridon keresztül) különböző, rendelkezésre álló vagy korábban előállított alkohollal, ill.
aminnal.
O O
O O O
O N CH3 C H3
N CH3
CH3 N
CH3 C H3
O
O
O O
O
O H3CO
OCH3 OCH3
5
O O
O O
O O
OCH3 H3CO
OCH3
O
O
O O
O O
N N
O C H3
N N O
CH3
N N O
CH3
O O
O O
O
O N
CH3 C H3
N C H3
CH3 N
CH3 CH3
O N H O NH
O NH
COOMe COOMe
MeOOC
O N H O NH
O NH
COOMe COOMe
MeOOC
NO2
NO2 O2N
N
N O
O O
N EtOOC
COOEt
COOEt
NH
NH O
O O
N
H NH
NH O
O O
N H
NH
NH O
O O
N H OCH3
OCH3
H3CO OCH3
OCH3 H3CO
6
A kapott savamidok oldhatósági problémái miatt a triazol származékok előállításánál csak alkoholok ciklohexán-1,3,5-cisz-trikarbonsavhoz való kapcsolásánál maradtunk. Az ehhez szükséges triazol-alkoholokat először egy azid és terminális alkin reakciójával, réz(I)- katalizált azid-alkin cikloaddícióban (CuAAC) állítottuk elő.
N N
N
O H N3 HC
OH
Cu(OAc)2*H2O PPh3
CH2Cl2
78%
N N
N
N3
OH N
N N
N N N Cu(OAc)2*H2O
PPh3
CH2Cl2 C H
OH
64%
55%
2. NaN3
DMF
∆ 1. MsCl
Et3N CH2Cl2
rt.
N3 N
N O C H3
60%
Cu(OAc)2*H2O PPh3, CH2Cl2 N
N C H3
OH O
C H
OH
2. NaN3
DMF rt.
1. MsCl Et3N CH2Cl2
rt.
N OH N
O C H3
N N N
67%
N N C H3
O Cl
Cl
N N C H3
O Cl
N3 NaN3
DMF rt.
45%
Cu(OAc)2*H2O PPh3, CH2Cl2
C H
OH N N C H3
O Cl
N N N
86% OH
S O O
N CH3 C H3
N H
N3
S O O
N CH3 C H3
N H
N N N
OH
C H
OH
CuI Et3N MeCN/H2O
77% 97%
S O O
N CH3 C H3
Cl
1.) Br-(CH2)2-NH2*HBr CH2Cl2, Et3N 2.) NaN3, MeCN
Cl
C H
OH Cu(OAc)2*H2O
PPh3 CH2Cl2 99%
NaN3
KI aceton/H2O
∆
N3
N N
N OH
71%
Ciklohexán-trikarbonsavat a kapott triazol-alkoholokkal észteresítve jutottunk a várt C3- szimmetrikus triazolszármazékokhoz.
7
O
O
O O
O O
N N N
N N N
N N N
O
O O O
O O
N N N
N N N
N N N N
N N N
N N
N N N
O O O
O O O N
N C O H3
N N N
N N O
C H3
N N N
N N
O CH3
N N N
O O
O O
O O N
N O
Cl N C H3
N N
N N
Cl O N
CH3 N N
N N O
Cl N
C H3
N N
8
O
O O O
O S O
O O
N CH3 C H3
NH N
N N
S O
O
N CH3 C H3 NH N N N
S O
O N C H3
CH3
NH
N N N
O
O O O
O O
N N N N
N N
N N N
A Sonogashira-reakcióban kapott belső alkinekből ruténium(II)-katalizált azid-alkin cikloaddíciós reakcióban (RuAAC) benzil-aziddal képeztünk 1,4,5-triszubsztituált triazol- alkoholokat. A reakciókban a két lehetséges regioizomer keverékét kaptuk, tisztítás után a fő termékeket alakítottuk ciklohexán-trikarbonsavval C3-szimmetrikus végtermékké.
N N N
OH
OCH3 Cp*RuCl(COD)
CH2Cl2
60%
+
N N N
H3CO
OH
18%
OH H3CO
N3
80
OH N
N O C H3
Cp*RuCl(COD) CH2Cl2
N N N
N N OH
CH3 O
+
N N N
OH
N N
O CH3
70% 15%
N3
80
O
O O
O
O O
N N N
OCH3 N
N N H3CO
N N N
H3CO
O O
O
O O
O
N N N
N N CH3
O N
N N N
N C H3
O
N N N
N N
C H3 O
9
Eredmények
1H NMR-pH titrálással meghatároztuk a triszubsztituált aminosav származékok és a tirozinnal, valamint p-amino-fenilalaninnal egyszeresen és kétszeresen szubsztituált származékok logK értékeit. (A tritriptofán származék a titrálás körülményei között nem oldódott detektálható mértékben.)
Vegyület logK1 logK2
3xTyr 10,12±0,01 7,11±0,01
2xTyr 10,04±0,01 7,17±0,01
1xTyr 9,90±0,01 7,22±0,01
3xpAmPhe 7,19±0,01 3,90±0,01
2xpAmPhe 7,24±0,01 3,99±0,01
1xpAmPhe 7,31±0,01 4,12±0,01
3xHis 7,19±0,01 5,06±0,01
3xTrp N/A N/A
A C3-szimmetrikus triazol származékok réz(I)-kötését vizsgáltuk háromféle módszerrel.
Egy modell CuAAC reakcióban ligandumként alkalmazva különböző oldószerekben követtük az átalakulás mértékét. Ezen konverzió növekedéséből következtettünk a hozzáadott triazol származék réz(I)-kötő képességére. Vizsgáltuk a réz(I) hatását a molekulák 1H és 13C NMR spektrumára, illetve tömegspektrometriás mérést is végeztünk velük réz(I) jelenlétében. A vizsgálataink alapján megállapítottuk, hogy a C3-szimmetrikus triazol származékok 1:1 arányban komplexet képeznek réz(I)-gyel, és a szimmetrikus szerkezet szükséges a stabil komplex kialakulásához.
Következtetések
A szerves szintetikus munkánk során előállítottunk 27 új C3-szimmetrikus vegyület mellett 8 új aminosav és 12 új triazol-alkohol származékot. Feltérképeztük az aminosav származékok protonálódási tulajdonságait, vizsgáltuk és igazoltuk modell CuAAC reakcióban, NMR-rel és MS-sel 6 triazol végtermék réz(I)-kötését is. A vegyületek szerkezetét 1D és 2D NMR- technikákkal és HRMS-sel igazoltuk.
10
Saját publikációk jegyzéke
A dolgozat témájában megjelent közlemények:
Neumajer, G.; Sohajda, T.; Darcsi, A.; Tóth, G.; Szente, L.; Noszál, B.; Béni, Sz.
(2012) Chiral recognition of dapoxetine enantiomers with methylated-gamma- cyclodextrin: A validated capillary electrophoresis method. J Pharm Biomed Anal, 62:
42-47. IF: 2,947
Neumajer, G.; Tóth, G.; Béni, Sz.; Noszál, B. (2014) Novel ion-binding C3 symmetric tripodal triazoles: synthesis and characterization. Cent Eur J Chem, 12: 115-125. IF:
1,329 (2013)
Egyéb közlemények:
Monsieurs, K.; Tapolcsányi, P.; Loones, K. T. J.; Neumajer, G.; De Ridder, D.;
Goubitz, K.; Lemière, G. L. F.; Dommisse, R. A.; Mátyus, P.; Maes, B. U. W. (2007) Is samoquasine A indeed benzo[f]phthalazin-4(3H)-one? Unambiguous, straightforward synthesis of benzo[f]phthalazin-4(3H)-one and its regioisomer benzo[f]phthalazin-1(2H)-one. Tetrahedron, 63: 3870-3881. IF: 2,869
Béni, Sz.; Sohajda, T.; Neumajer, G.; Iványi, R.; Szente, L.; Noszál, B. (2010) Separation and characterization of modified pregabalins in terms of cyclodextrin complexation, using capillary electrophoresis and nuclear magnetic resonance. J Pharm Biomed Anal, 51: 842-852. IF: 2,733
Gaywood, A. P.; Hill, L.; Imam, S. H.; McNab, H.; Neumajer, G; O’Neill, W. J.;
Mátyus, P.: (2010) Cyclisation reactions of some pyridazinylimidoylketenes. New J Chem, 34: 236-242. IF: 2,631
Fejős, I.; Neumajer, G.; Béni, Sz; Jankovics, P.: (2014) Qualitative and quantitative analysis of PDE-5 inhibitors incounterfeit medicines and dietary supplements by HPLC–UVusing sildenafil as a sole reference. J Pharm Biomed Anal, 98: 327-333. IF:
2,829 (2013)
