Особенности ацилирования и комплексообразования - И -ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ Специальность 02.00.03 - органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва-2012

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по химии

На правах рукописи

ЕДУНОВ Андрей Валерьевич

Особенности ацилирования и комплексообразования

- И -ЦИКЛОДЕКСТРИНОВ

Специальность 02.00.03 Ц органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Москва-2012

Работа выполнена на кафедре органической химии химического факультета

Московского педагогического государственного университета

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

ГРАЧЕВ Михаил Константинович

Официальные оппоненты:

КОЗЛОВ Владимир Андреевич

доктор химических наук, старший научный сотрудник,

ведущий научный сотрудник лаборатории тиофосфорорганических соединений Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

КОВАЛЕВ Владимир Васильевич

доктор химических наук, доцент, главный научный сотрудник

кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Ведущая организация - Российский химико-технологический

университет им. Д.И. Менделеева

Защита состоится 14 мая 2012 г. в 17 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.154.25 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119021, Москва, Несвижский пер., 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119991, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1, стр. 1.

Автореферат разослан Е.. ЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ПУГАШОВА Нина Михайловна

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность работы. Циклодекстрины представляют собой сложные природные циклические олигосахариды, в которых фрагменты D-глюкопиранозы соединены α(1→о4) гликозидными связями. Благодаря наличию внутренней хиральной 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 - -циклодекстрина и его производных. Кроме того, к достоинствам циклодекстринов, по сравнению со многими другими полостными системами, относятся нетоксичность, биоразлагаемость и дешевизна, благодаря чему циклодекстрины нашли широкое практическое применение.

Важно, что многие свойства циклодекстринов, например, растворимость в воде и органических растворителях, способность к образованию соединений включения, могут быть направленно изменены путем селективной модификации их молекул. Однако, несмотря на хорошо разработанные методики синтеза применительно к моносахаридам и линейным олигосахаридам, простой перенос этой техники на циклодекстрины оказался невозможен из-за наличия большого количества близких по реакционной способности пространственно сближенных гидроксильных групп, а также из-за наличия внутренней полости, обладающей склонностью к образованию соединений включения с растворителем и реагентами. Поэтому, несмотря на обилие работ по синтезу производных циклодекстринов, общие возможности и закономерности их функционализации исследованы ограниченно даже для относительно простых реакций, например, ацилирования. В малой степени изучено влияние на модификацию циклодекстринов таких важных факторов, как природа растворителя, мольное соотношение реагентов, температура.

Цель работы. Исследование синтеза производных - и -циклодекстринов, содержащих заданное количество ацетильных групп в положениях 2, 3 и 6 глюкопиранозных единиц, в том числе и разработка прямых (без применения защитных групп) методов ацетилирования. Синтез новых представителей -циклодекстрина и его амфифильных производных, содержащих остатки фармакологически важных ароматических карбоновых кислот. Изучение особенностей синтеза и химического поведения некоторых новых силильных производных -циклодекстрина. Количественная оценка способности водорастворимых ацетильных производных -циклодекстрина к образованию комплексов включения типа гость-хозяин. Фармакологические исследования ряда вновь синтезированных конъюгатов -циклодекстрина с некоторыми лекарственными соединениями.

Научная новизна. В результате проделанной работы впервые с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе оснований и растворителей получены пер- и новые селективно ацетилированные производные - и -циклодекстринов. Впервые показана возможность селективного ацилирования свободных - и -циклодекстринов хлорангидридами уксусной и некоторых ароматических монокарбоновых кислот. Найдены условия регионаправленного силилирования дифенилметил- и триметилсилилхлоридами первичных гидроксильных групп -циклодекстрина и показано, что с помощью спектроскопии ЯМР 29Si можно надежно определять положение силильных заместителей на первичных и вторичных гидроксилах. Спектрофотометрически количественно оценена возможность водорастворимых производных -циклодекстрина образовывать соединения включения. Изучено влияние конъюгатов -циклодекстрина с остатками 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислоты (лекарственное средство препарата Ибупрофен), ацетилсалициловой кислоты (лекарственное средство препарата Аспирин) и бензойной кислоты разного строения и состава на противовоспалительную и антиагрегационную активность.

Практическая значимость. На основе выявленных закономерностей регионаправленного ацилирования и силилирования можно получать оригинальные соответствующие производные - и -циклодекстринов, в том числе представляющие интерес для фармакологических исследований в разных направлениях. Выполненное исследование фармакологических особенностей конъюгатов -циклодекстрина с остатками 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой, ацетилсалициловой и бензойной кислот показало позитивное влияние на противовоспалительную, антиагрегационную активность и на реакцию некоторых микроорганизмов in vitro. На основе разработанных методик возможно создание лекарственных препаратов нового поколения, обеспечивающих высокоэффективную и точечную доставку лекарственных средств.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на V Международной конференции по органической химии для молодых учёных (Санкт-Петербург, 2009), Международном симпозиуме Advanced Science in Organic Chemistry (Украина, 2010).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 08-03-00374a) и гранта Президента Российской Федерации для поддержки ведущих научных школ России (НШ - 582.2008.3).

Публикации. По материалам диссертации имеется шесть публикаций, четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК и два тезиса докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 8 рисунков и 90 схем. Список цитируемой литературы включает 147 наименований. Работа состоит из Введения, Литературного обзора, Обсуждения результатов. Завершают работу Экспериментальная часть, Выводы, Список использованной литературы и Приложение, где приведены некоторые результаты выполненных в ГОУ ВПО Амурская государственная медицинская академия (г. Благовещенск) фармакологических испытаний.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Ацетилирование вторичных гидроксильных групп силильных производных - и -циклодекстринов

Изучение начато с ацетилирования силильных производных - и -циклодекстринов 3 и 4 хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии разных по природе аминов (В: триэтиламин, пиридин, N,N-диметиланилин). В качестве растворителей использованы бензол, ДМФА и пиридин. Для сопоставления результатов все эксперименты проводились в одинаковых условиях. Хлористый ацетил брался в 15% мольном избытке по отношению к общему количеству вторичных гидроксильных групп. Степень ацетилирования оценивали, анализируя спектры ЯМР 1Н.

Исходные силильные производные 3 и 4 получены обработкой -(1) и -(2)-циклодекстринов трет-бутилдиметилсилилхлоридом в пиридине.

Ацетилирование пер-6-О-(трет-бутил)(диметил)силил-

-циклодекстрина 3 хлорангидридом уксусной кислоты

Раство-ритель

z (средняя степень замещения)

Интегральное отношение сигналов в спектрах ЯМР 1Н*

Выход, %

№ соединения (метод синтеза)

С6Н6

ДМФА

С5Н5N

NEt3

С5Н5N

Me2NC6H5

NEt3

С5Н5N

Me2NC6H5

С5Н5N

1:1

1:2

1:1

2:1

1 уш.с

1:1

7а (а)

7б

7а (б)

7а (в)

7в

Ацетилирование пер-6-О-(трет-бутил)(диметил)силил-

-циклодекстрина 4 хлорангидридом уксусной кислоты

Раство-ритель

z (средняя степень замещения)

Интегральное отношение сигналов в спектрах ЯМР 1Н*

Выход, %

№ соединения (метод синтеза)

С6Н6

ДМФА

С5Н5N

NEt3

С5Н5N

Me2NC6H5

NEt3

С5Н5N

Me2NC6H5

С5Н5N

1:1

1:2

1:1

1 уш.с

1:1

11а

11б

6 (а)

6 (б)

* Интегральное отношение сигналов метильных протонов ацетильных групп при С2 к С3

Оказалось, что для -циклодекстрина полное замещение проходило в ДМФА в присутствии двух аминов Ч пиридина и N,N-диметиланилина. Для -циклодекстрина перацетилирование проходило только в ДМФА в присутствии N,N-диметиланилина. Следует отметить, что сигналы ацетильных групп в спектрах ЯМР 1Н проявлялись одним уширенным синглетом. В случае ацилирования - и -циклодекстринов в бензоле и пиридине с использованием других аминов степень замещения была ниже, и в спектрах ЯМР 1Н метильные протоны ацетильных групп проявлялись в виде двух сигналов при 2.06 и 2.16 м.д. с разным интегральным соотношением сигналов. В спектрах ЯМР 13С этих соединений сигналы ядер карбонильного углерода и углеродов метильной группы проявлялись также двумя сигналами. Отдельным экспериментом мы получили соединение 13, содержащее только три ацетильные группы, в спектре ЯМР 1Н которого протоны ацетильных групп проявлялись лишь одним сигналом при 2.16 м.д., а в спектре ЯМР 13С наблюдалось также по одному сигналу для карбонильного и метильного углеродов.

Это позволило нам с применением двумерной спектроскопии ЯМР {1Н-13С} HETCOR обнаружить корреляцию сигналов ядер углеродов С2, С3 и С5 с соответствующими протонами Н2, Н3 и Н5, и сделать точное отнесение принадлежности ацетильных групп к С2 или С3 углеводных фрагментов - и -циклодекстринов.

Спектр ЯМР {1H-13C} HETCOR (CDCl3) соединения 13

С целью получения водорастворимых производных мы провели удаление силильных защит у соединений 8 и 11а с получением соответствующих производных 15, 16, содержащих свободные первичные гидроксильные группы.

Таким образом, нами предложены пути синтеза - и -циклодекстринов, содержащих определённое количество ацетильных групп на вторичных гидроксилах, в том числе и содержащие свободные первичные гидроксильные группы. На основе анализа спектров ЯМР 1Н и 13С, полученных ацетильных производных, можно сделать выводы о принадлежности ацетильных групп к углеродам положений С2 и С3 углеводных фрагментов.

2. Ацетилирование гидроксильных групп свободных - и -циклодекстринов

С учетом данных об ацетилировании вторичных гидроксильных групп силильных производных - и -циклодекстринов представляло интерес рассмотреть возможность использования хлорангидрида и ангидрида уксусной кислоты как для пер-, так и для регионаправленного замещения гидроксильных групп свободных - и -циклодекстринов.

Исследование мы начали с изучения исчерпывающего ацетилирования -(1) и -(2) циклодекстринов уксусным ангидридом (метод а) и хлорангидридом уксусной кислоты (метод б). По методу а ацетилирование проводили в ДМФА в присутствии гидрокарбоната натрия, что позволяло ацетилировать в существенно более мягких условиях. По методу б ацетилирование проводили в ДМФА в присутствии триэтиламина. В обоих способах в присутствии примерно 1.5 кратного мольного избытка ацетилирующего средства по отношению ко всем гидроксильным группам

Полноту ацетилирования оценивали анализируя спектры ЯМР 1Н и 13С. В спектре ЯМР 1Н наблюдали три группы сигналов, которые относились к метильным протонам ацетильных групп в положениях при С2, С3 и С6. В спектре ЯМР 13С также присутствовало по три сигнала метильных и карбонильных углеродов. Сигнал углерода положения С6 после ацетилирования смещался в слабое поле, что позволило нам сделать чёткое отнесение сигналов ацетильных групп в спектрах ЯМР 1Н. Принимая во внимание спектральные данные, приведенные в разделе 1, можно сказать, что более слабопольный сигнал ацетильных групп относится к положениям углерода С2. С учётом этих данных мы исследовали возможность регионаправленного ацетилирования незамещённых циклодекстринов 1 и 2 хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии разных по природе аминов (В: пиридин, триэтиламин, N,N-диметиланилин). В качестве растворителей использовали ДМФА и пиридин. Для сопоставления результатов все эксперименты проводились в одинаковых условиях.

Ацетилирование -циклодекстрина хлорангидридом уксусной кислоты

Растворитель

Средняя степень замещения (положение заместителя)

Выход, %

№ соединения (метод)

С5Н5N

ДМФА

С5Н5N

Et3N

С5Н5N

Me2NС6Н5

3 (C6)

2 (C2(3),6)

3 (C6)

19 (в)

19 (а)

19 (б)

Ацилирование в пиридине для -циклодекстрина проходит более эффективно чем для -циклодекстрина, степень замещения шесть и три соответственно. Проведение реакции в ДМФА с использованием различных аминов показало принципиальную разницу между такими родственными соединениями как -циклодекстрин и -циклодекстрин: N,N-диметиланилин и триэтиламин в случае -циклодекстрина направляют ацилирование по первичным гидроксильным группам, а в случае -циклодекстрина только пиридин. Во всех остальных случаях ацилирование идёт не селективно и с меньшей степенью замещения.

Ацетилирование -циклодекстрина хлорангидридом уксусной кислоты

Растворитель

Средняя степень замещения (положение заместителя)

Выход, %

№ соединения (метод)

С5Н5N

ДМФА

С5Н5N

Et3N

С5Н5N

Me2NС6Н5

2 (C6)

3 (C6)

4 (C6)

5 (C6)

6 (C6)

3 (C2(3),6)

6 (C6)

3 (C2(3),6)

21 (б)

22 (а)

21 (а)

22 (б)

Таким образом, с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе оснований и растворителей предложены пути синтеза исчерпывающе и регионаправленно ацетилированных - и -циклодекстринов. С помощью спектроскопии ЯМР 13С можно определить принадлежность ацетильных групп к атомам С6 и С2(3).

3. Соединения и -циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислот

С применением разработанных путей регионаправленного ацилирования свободных (незащищенных) -(1) и -(2) циклодекстринов, мы поставили своей целью получить производные -циклодекстрина, содержащие ковалентно присоединенные (конъюгированные) остатки некоторых фармакологически важных кислот. Такое привязывание позволяет в ряде случаев создавать на основе известных фармакологически активных соединений новые лекарственные средства более пролонгированного и целенаправленного действия. Похожие конъюгаты -циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислотой, уже были получены в нашей лаборатории ранее, фармакологические испытания которых показали хорошие результаты. В качестве ацилирующих агентов были выбраны хлорангидриды 30-32 соответствующих кислот 27-29. Ацилирование проводили в пиридине и в ДМФА в присутствии триэтиламина или пиридина разным количеством мольных эквивалентов (n=2, 4, 5, 7) хлорангидридов 30-32 и получили набор производных -циклодекстрина со средними степенями замещения m=1 (33, 36), m=2 (39), m=4 (34, 37, 40), m=5 (41) и m=6 (35, 38, 42).

Представляло также практический интерес получение аналогичных ацилированных производных -циклодекстрина, но содержащих остатки вышеприведенных кислот 27-29 на широкой части циклодекстринового каркаса. В этом случае в качестве субстрата для ацилирования было взято силильное производное -циклодекстрина 3, содержащее защитные силильные группы на первичных гидроксилах при С6. С учетом особенностей синтеза соединений 33-42 ацилирование проводили в растворе пиридина пятью мольными эквивалентами хлорангидридов 30-32.

Во всех случаях были выделены силильные производные 43-45, содержащие четыре ацильных заместителя на широкой части циклодекстринового каркаса. С помощью спектроскопии ЯМР 1Н и 13С оказалось возможным определить положение заместителей при С2 и/или С3. В случае соединения 43 ацилирование затронуло только положение 2, в случае соединений 44 и 45 два заместителя находятся в положении 2 и два заместителя в положении 3. Десилилирование производных 43-45 проводили обработкой раствором аммоний фторида в метаноле с образованием производных 46-48, содержащих свободные первичные гидроксильные группы.

Таким образом, нами предложены методики синтеза производных -циклодекстрина, содержащих заданное количество остатков фармакологически важных кислот как на первичных гидроксилах при С6 (на узкой части циклодекстринового каркаса), так и на вторичных гидроксилах при С2,3 (на широкой части циклодекстринового каркаса). Такие соединения представляют интерес для фармакологических исследований, как наноразмерные структуры, обеспечивающие высокоэффективную, точечную и специфическую доставку лекарственных средств.

4. Амфифильные производные -циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных кислот

На следующем этапе работы мы поставили своей целью синтезировать новые амфифильные производные -циклодекстрина 1, содержащие остатки фармакологически важных кислот, как на стороне первичных, так и на стороне вторичных гидроксильных групп циклодекстринового каркаса. Вначале взаимодействием -циклодекстрина 1 с 2.5 мольными эквивалентами хлорангидрида пальмитиновой кислоты 52 в растворе ДМФА в присутствии пиридина получили амфифильное производное -циклодекстрина 53, содержащее два ацильных остатка на лузкой стороне циклодекстринового каркаса. Взаимодействием хлорангидридов кислот 30-32, с производным -циклодекстрина 53 получили амфифильные производные -циклодекстрина 54-56, содержащие остатки соответствующих кислот на стороне первичных гидроксильных групп. Ацилирование проводили в растворе пиридина при 0С тремя мольными эквивалентами хлорангидридов 30-32.

В развитие этого направления представляло практический интерес получить амфифильные производные, родственные вышеописанным 54-56, но содержащие остатки фармакологически важных кислот на вторичных гидроксильных группах. Общий ход синтеза представлен на схеме.

Таким образом нами получены новые амфифильные производные -циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных ароматических монокарбоновых кислот, представляющие интерес для медико-биологических исследований в разных направлениях.

5. Особенности синтеза и химического поведения некоторых силильных производных -циклодекстрина

Трет-бутилдиметилсилильная группа нашла широкое применение для защиты первичных гидроксильных групп. Для ее регионаправленной постановки используется обработка свободных циклодекстринов трет-бутилдиметилсилилхлоридом или в пиридине, или в ДМФА в присутствии имидазола. Дальнейшая функционализация, например, ацилирование или фосфорилирование, обычно приводила с хорошими выходами к соответствующим эфирам по положениям вторичных гидроксильных групп. Однако, ранее в нашей лаборатории было обнаружено, что в случае обработки диамидоэфиром фосфористой и дихлорангидридом фенилфосфонистой кислот наблюдается неожиданное удаление защитных трет-бутилдиметилсилильных групп, по-видимому, из-за супрамолекулярного влияния циклодекстриновой полости. С учетом этих данных представляло интерес проверить в качестве защиты для первичных гидроксильных групп другую защитную группуЦдифенилметилсилильную. С этой целью -циклодекстрин 2 обрабатывали 8.5 мольными эквивалентами дифенилметилсилилхлорида 66 в растворе пиридина (метод а) и в растворе ДМФА в присутствии разных по природе акцепторов хлористого водорода: пиридин (метод б), триэтиламин (метод в) и имидазол (метод г). Для проверки возможности более глубокого силилирования, т.е. далее и по вторичным гидроксилам, -циклодекстрин обрабатывали аналогично методу а в пиридине 12 и 24 мольными эквивалентами дифенилметилсилилхлорида 66.

При обработке 8.5 мольными эквивалентами реагента 66 по методам а-г было выделено силильное производное 67, содержащее по данным спектроскопии ЯМР 1H и масс-спектрометрии MALDI-TOF семь силильных групп, а при обработке 12 и 24 мольными эквивалентами реагента 66 выделены производные 68 и 69, содержащие соответственно 9 (m=2) и 16 (m=9) силильных групп. Для определения регионаправленности силилирования применили метод спектроскопии ЯМР 29Si. Обнаружено, что ядра кремния, находящиеся при С6, проявляются сигналами в заметно более сильных полях (-2.3 - -2.5 м. д.), чем находящиеся при С2 и С3 (1.4-2.2 м. д.).

Производное 67 исследовано в реакциях ацетилирования хлористым ацетилом, ангидридом уксусной кислоты и в фосфорилировании неопентиленхлорфосфитом 70 в пиридине и бензоле в присутствии триэтиламина.

Оказалось, что только применение хлористого ацетила в присутствии пиридина приводит к ожидаемому продукту 71, сохранившему семь силильных заместителей при С6 и содержащему 14 ацетильных групп при С2 и С3. Строение продукта 71 доказано спектроскопией ЯМР 1Н и 13С. В спектре ЯМР 29Si фиксирован уширенный синглет при -2.4 м. д., характерный для сигналов ядер кремния при С6. В случае применения уксусного ангидрида и хлорфосфита 70 наблюдалось существенное десилилирование защитных силильных групп у соединения 67. Так, при обработке уксусным ангидридом удалось выделить производное 72, содержащее по данным спектроскопии ЯМР 1Н всего одну дифенилметилсилильную группу и шесть ацетильных групп на первичных, и четырнадцать ацетильных групп на вторичных гидроксилах. В случае применения хлорфосфита 70, по данным спектроскопии ЯМР 1Н, также наблюдалось заметное десилилирование, и в выделенном продукте оставалось примерно 3-4 дифенилметилсилильных групп, однако установить точное его строение не удалось.

С учетом этих данных представляло интерес проверить аналогичное ацетилирование и фосфорилирование другого силильного производного -циклодекстрина 74, содержащего существенно менее пространственно затрудненные группы - триметилсилильные. С этой целью сначала мы исследовали возможность регионаправленного силилирования -циклодекстрина триметилсилилхлоридом 73 в среде пиридина. В литературе считается, что силилирующий реагент 73 низкоселективный и будет хаотично силилировать первичные и вторичные гидроксильные группы циклодекстринов. Нами найдено, что в случае применения небольшого мольного избытка силилирующего агента 73 по отношению к первичным гидроксилам (n=8.5) и при 0оС преимущественно образуется силилированное только по первичным гидроксилам производное 74 (m=0), тогда как в более жестких условиях (60оС) и при избытке силилирующего агента 73 по отношению ко всем гидроксилам (n=24) образуется персилилированное производное 75 (m=14).

Количество триметилсилильных групп в соединениях 74, 75 доказано с помощью спектроскопии ЯМР 1Н и молекулярными массами, определенными с помощью масс-спектрометрии MALDI-TOF. Селективное положение силильных групп в соединении 74 доказано на основе анализа спектров ЯМР 29Si. Как и для производных 67-69, сигналы ядер кремния при первичных гидроксильных группах соединений 74, 75 проявляются в более сильных полях (17.2-17.5 м. д.), чем сигналы ядер кремния при вторичных гидроксилах (соединение 75) 22.1-22.4 м. д.

Силильное производное 74, как и ранее производное 67, проверено нами в ацетилировании хлористым ацетилом и ангидридом уксусной кислоты.

Оказалось, что только в случае применения хлористого ацетила получилось производное 76, сохранившее семь силильных групп на первичных и содержащее четырнадцать ацетильных групп на вторичных гидроксилах. Количество силильных и ацетильных групп определено на основании анализа спектров ЯМР 1Н, а местоположение силильных и ацетильных групп, как и выше, подтверждено данными спектров ЯМР 13С и 29Si. В случае ацетилирования ангидридом уксусной кислоты и фосфорилирования хлорфосфитом 70, как и для производного 67, фиксировано существенное десилилирование триметилсилильных групп производного 74, с образованием сложной смеси продуктов, четко установить строение которых не удалось.

С целью подтверждения надежности использования спектроскопии ЯМР 29Si для определения положения силильных групп мы из силильного производного -циклодекстрина 4 (ЯМР 29Si, , 19.7 м. д.) получили 2,3-О-перацетилированное производное 6 (ЯМР 29Si, , 19.5 м. д.) и после его десилилирования производное -циклодекстрина 77, содержащее свободные первичные гидроксильные группы.

Далее обработкой производного 77 силилирующими агентами 66 и 73 встречным синтезом получили, соответственно, вышеописанные соединения 71 и 76. Важно, что сигналы ядер кремния в спектрах ЯМР 29Si соединений 71 (-2.4 м. д.) и 76 (17.2-17.5 м. д.) (полученных по методу б) полностью совпали с сигналами ядер кремния этих же соединений, полученных ацетилированием регионаправленно силилированных производных (методы а) 67 и 74, соответственно.

Таким образом, нами подобраны условия селективного силилирования дифенилметилсилил- и триметилсилилхлоридами первичных гидроксильных групп -циклодекстрина. Показано, что с помощью спектроскопии ЯМР 29Si можно определять регионаправленность силилирования. Однако последующая функционализация по вторичным гидроксильным группам с использованием ангидрида уксусной и хлорангидрида фосфористой кислот сопровождается существенным удалением защитных силильных групп.

6. Оценка способности к включению водорастворимых ацетильных производных -циклодекстрина спектрофотометрическим методом

Без сомнения, важнейшим свойством циклодекстринов и их производных является способность к образованию соединений включения. Образование комплекса представляет собой равновесие между циклодекстрином (лхозяин), гостем и соединением включения.

В настоящее время, одним из наиболее доступных, и в то же время достаточно точным методом определения константы устойчивости, является спектрофотометрический. Так как сами циклодекстрины не поглощают в УФ- и видимой области, то его применяют для исследования устойчивости соединений включения с гостями, поглощающими в исследуемой УФ-области: при включении гостя в молекулу циклодекстрина обычно происходит смещение полосы и изменение интенсивности поглощения. Когда такое прямое определение константы устойчивости комплекса с каким-либо соединением невозможно, тогда используется метод вытеснения исследуемым гостем молекулы-зонда, которая является окрашенным соединением с известной константой устойчивости. В качестве зонда чаще всего применяют фенолфталеин, который используют как модельное соединение при определении способности производных циклодекстринов к комплексообразованию.

В настоящей работе мы спектрофотометрически, методом изомолярных серий, изучили комплекоообразующую способность ацетильных производных -циклодекстрина (21, 23-26), имеющих различную степень замещения на первичных гидроксильных группах.

В результате исследования водорастворимых ацетильных производных -циклодекстрина обнаружено, что во всех случаях происходит образование комплексов включения с мольным отношением 1:1, состав которых определяли по графику, аналогично незамещенному -циклодекстрину 2.

Изменение концентрации локрашенного фенолфталеина (форма В) (С) в зависимости от мольного отношения фенолфталеин/циклодекстрин (n)

Найдено, что по мере введения ацетильных групп по первичным гидроксилам -циклодекстрина комплексообразующая способность уменьшается. Однако, как видно из величин констант устойчивости, влияние ацетильных групп относительно небольшое.

соединение	№ соеди-нения	Раствори-мость в воде (23oC, г/л)	Куст. .104	Отно-ситель-ная ошибка(%)
-циклодекстрин	2	18.5 (25oC)	3.68	2.5
Ди-6-О-ацетил--циклодекстрин	23	122	3.64	11.0
Три-6-О-ацетил--циклодекстрин	24	256	3.01	5.2
Тетра-6-О-ацетил--циклодекстрин	25	406	2.75	8.7
Пента-6-О-ацетил--циклодекстрин	26	26	2.54	1.9
Гекса-6-О-ацетил--циклодекстрин	21	18	2.40	1.7
Пер-6-О-ацетил--циклодекстрин	-	-	2.3	4.4
Моно-6-О-пивалоил--циклодекстрин	78	130	2.64	9.9

Интересно, что монопивалоильное производное -циклодекстрина 78, содержащее объемный трет-бутильный заместитель, обнаружило заметно меньшую способность к включению, близкую для производных 25 и 26.

Анализируя полученные данные можно отметить, что хотя исследованные нами водорасвтворимые производные -циклодекстрина 23-26 имеют сопоставимые с исходным -циклодекстрином 2 константы комплексообразования, тем не менее, благодаря существенно более высокой растворимости в воде их лучше использовать для связывания субстратов, чем свободный -циклодекстрин.

***

Для соединений 36-39, 41, 42, 54, 56 в лаборатории ГОУ ВПО АГМА проведено комплексное исследование противовоспалительной, антиагрегационной активностей и реакции некоторых микроорганизмов in vitro (для соединений 33-35, 54).

Противовоспалительная активность соединений 36-38, 55 исследована на модели развития реакции острого воспаления у мышей после введения флогогенного агента по приросту массы отека. Полученные данные сопоставлялись с показателями, которые получали в группах сравнения: контрольная группа (получавшая крахмальную слизь), группа сравнения № 1 (получавшая индометацин) и группа сравнения № 2 (получавшая внутрижелудочно ацетилсалициловую кислоту). Результаты показали, что наиболее высокая степень антифлогистической активности отмечается у соединения 37, которое проявило более выраженный фармакологический эффект, превосходящий аналогичный у известного противовоспалительного средства - индометацина. Активность соединения 38 превышала аналогичный эффект ацетилсалициловой кислоты и по выраженности близка к эффекту индометацина. Активность соединения 36 уступала эффекту, получаемому у индометацина, но приравнивалось эффекту среднетерапевтической дозы ацетилсалициловой кислоты. При этом следует отметить, что доля содержания ацетилсалициловой кислоты в новом конъюгированном соединении была ниже, чем у эталонного образца, что говорит о возможности получения нужного противовоспалительного эффекта при сниженной среднетерапевтической дозе. Противовоспалительный эффект при применении соединения 55 (в структуру которой входит пальмитиновая кислота) был идентичен эффекту, получаемому у соединения 36.

Схема исследования противовоспалительной активности соединений 39, 41, 42, 56 была, как описано выше. Сравнение показателей проводилось с эталонным препаратом - Ибупрофеном и контрольной группой (получавшей плацебо). Достоверно значимая разница (в сравнении с чистым Ибупрофеном) в сторону усиления антифлогистического эффекта выявилась у групп получавших 41 и 42. Снижение степени отека у 39 и 56 незначительно отличалось от эталонного образца.

Антиагрегационная активность соединений 36-38, 55 изучалась по скорости агрегации тромбоцитов плазмы крови, сравнивая с эталонным образцом (ацетилсалициловой кислотой). Наименее выраженная скорость агрегации отмечалась у соединения 38, что говорит о высоких противосвертывающих свойствах данного вещества. Соединение 55 в плане антиагрегационной активности показало отрицательный результат (что, видимо, связано с присутствием остатков пальмитиновой кислоты, поскольку жирные кислоты способны увеличивать вязкость крови). Антиагрегационная активность у соединений 39, 41, 42, 56 в большей степени проявилась в группе с соединением 42. Данные эффекты у 39 и 41 незначительны, а у 56 Ц отрицательные.

Изучено тормозное действие соединений 33-35, 54 против микроорганизмов in vitro (в сравнении с бензойной кислотой). Отмечен специфический эффект снижения минимальной эффективной концентрации тормозного эффекта при воздействии на streptococcus species, candida kruzei (3-4 мг/кг) и peniccillium glaucum (до 4 мг/кг). Данный факт говорит о внедрении в процессы метаболизма микроорганизмов структурных компонентов изучаемых соединений.

Проведенные исследования дают предпосылки к дальнейшему более глубокому изучению биологической активности у данных (и подобных) конъюгатов и отражают начальный апробационный этап их исследования.

ВЫВОДЫ

1. Впервые с применением хлорангидрида уксусной кислоты и разных по природе растворителей и оснований разработаны эффективные пути синтеза как пер-, так и региозамещенных ацильных производных - и -циклодекстринов.

2. Получены новые представители -циклодекстрина и его амфифильных производных, содержащие остатки фармакологически важных ароматических монокарбоновых кислот как на стороне первичных, так и на стороне вторичных гидроксильных групп.

3. Найдено, что с помощью спектроскопии ЯМР 1Н и 13С можно сделать точное отнесение принадлежности ацетильных групп к С2 и С3 углеводных фрагментов - и -циклодекстринов.

4. Впервые предложены условия региоселективного силилирования дифенилметил- и триметилсилилхлоридами свободного -циклодекстрина и найдено, что с помощью спектроскопии ЯМР 29Si можно определять положения силильных заместителей на первичных или вторичных гидроксилах.

5. В случае применения ангидрида уксусной и хлорангидрида фосфористой кислот последующая функционализация по вторичным гидроксилам сопровождается существенным удалением защитных силильных групп.

6. Спектрофотометрическим методом количественно оценена способность водорастворимых ацетильных производных -циклодекстрина к образованию комплексов включения типа гость-хозяин.

7. Фармакологические исследования конъюгатов -циклодекстрина показали перспективность дальнейших медико-биологических исследований в этом направлении.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Грачев М.К., Едунов А.В., Курочкина Г.И., Левина И.И., Нифантьев Э.Е. / Ацетилирование вторичных гидроксильных групп силильных производных - и -циклодекстринов // Журнал общей химии. 2011. Т. 81. Вып. 2. С. 222-229. (1.00 п.л., авторских 65%).

2. Грачев М.К., Едунов А.В., Курочкина Г.И., Попков А.В., Левина И.И., Нифантьев Э.Е. / Ацетилирование - и -циклодекстринов // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. Вып. 2. С. 290-295. (0.75 п.л., авторских 60%).

3. Едунов А.В., Курочкина Г.И., Грачев М.К., Левина И.И., Баталова Т.А., НифантьевЭ.Е. / Соединения -циклодекстрина, содержащие остатки бензойной, ацетилсалициловой и 2-(4-изобутилфенил)пропионовой кислот // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. Вып. 7. С. 968-974. (0.80 п.л., авторских 65%).

4. Грачев М.К., Едунов А.В., Курочкина Г.И., Соболева Н.О., Васянина Л.К., НифантьевЭ.Е. / Амфифильные производные -циклодекстрина, содержащие остатки фармакологически важных кислот // Известия АН, серия химическая. 2012. № 1. С. 178-184. (0.80 п.л., авторских 65%).

5. Edunov A.V., Kurochkina G.I., Grachev M.K., Nifantiev E.E. / Acetylation of -cyclodextrin / Fifth International Conference on Organic Chemistry for Young Scientists. Saint-Petersburg. Russia. Book of abstracts. С-Пб.: Издательство Лема. 2009. P. 121. (0.06 п.л., авторство не разделено).

6. Едунов А.В., Грачев М.К., Курочкина Г.И., НифантьевЭ.Е. Ацетилирование силильных производных альфа- и бета-циклодекстринов / International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry. Miskhor, Crimea. Book of abstracts. 2010. С.69. (0.06 п.л., авторство не разделено).

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по химии

Blog