<<

стр. 4
(всего 21)

СОДЕРЖАНИЕ

>>

лишь ничтожный процент того, с какой целью те или иные природные соединения
созданы природой, какова их роль в биоценозе и гомеостазе живых систем, а
многие тысячи вторичных метаболитов, не игравших ключевых ролей в эволю-
ционном развитии, исчезли миллионы лет тому назад и, видимо, структуры их так
и останутся тайной природы.
Следуя основному принципу – целесообразности – природа, подчас, создавала
и создает поразительные с точки зрения уникальности структур соединения, син-
тез которых часто кажется невозможным обычными методами органической
химии.
С другой стороны, многие вторичные метаболиты имеют структуры, которые
выглядят как типичные синтетические молекулы, содержащие "неприродные"
функциональные группировки, как, например, трихлоралкильные, галоидфеноль-
ные, нитрогетероциклические, нитрильные и даже гидразиновые, оксимные,
нитрильные и др. Среди природных соединений встречаются типичные мутагены,
целесообразность которых в природе может быть связана с необходимостью
поддержания разнообразия видов и эволюционного совершенствования.
Анализ структур известных к настоящему времени более 100000 структур
природных соединений обнаруживает наличие среди них почти всех основных
классов гетероциклических систем, в том числе, кислород- и серусодержащих:
оксиранов, тииранов, оксетанов, оксаланов, дитиоланов, ди- и тритианов, оксазо-

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 75
лов, тиазолов, оксазинов, тиазинов, оксепинов, тиепинов и многих других, а также
их многочисленных коньюгированных производных. Среди наиболее "изобрета-
тельных" продуцентов таких необычных "неприродных" природных соединений
являются актиномицеты, стрептомицеты и другие микроорганизмы.
Известны природные соединения, содержащие атомы Cl, Br, F, I, B, As, Se,
Mo, Fe, Al, V, в том числе входящие в гетероциклические системы.
В докладе подробно обсуждаются химия различных классов необычных
кислород- и серусодержащих природных гетероциклов, их биосинтез, биологичес-
кая активность и механизмы действия на ключевые ферментные системы. Разви-
вается ранее предложенная автором концепция влияния гетерофункциональных
эндо- и экзобиотиков на металло-лигандный гомеостаз живых систем, приводятся
наиболее интересные и необычные примеры полного синтеза "неприродных" при-
родных соединений, анализируются подходы к синтезу перспективных миметиков
природных соединений, которые могут быть полезны в изыскании новых лекарст-
венных препаратов.


Литература

1. Mann J., Davidson R.S., Hobbs J.B., et al., Natural Products: Their Chemistry and
Biological Significance, London: Longman, 1993.
2. Samuelson G., Drugs of Natural Origin, Uppsala: Swedish Pharmaceutical Press,
1999.
3. Ikan R., Natural Products, London: Academic Press, 1991.
4. Pettit G.R., Cragg G.M., Herald C.L., Biosynthetic Products for Cancer
Chemotherapy, Amsterdam: Elsevier, 1985, vol. 5.
5. Bailey J.A., Mansfield J.M., Phytoalexins, Glasgow: Blackie, 1982.
6. Harborne J.B., Introduction to Biochemical Ecology, New York: Academic Press,
1977.
7. Bullock J.D., The Biosynthesis of Natural Products, London: McGraw-Hill, 1965.
8. Herout V., in Frontiers of Bioorganic Chemistry and Molecular Biology, Oxford,
1980.
9. Muller-Schwarze D., Silverstein R.M., Chemical Signals: Vertebrates and Aquatic
Invertebrates, New York, 1980.
10. Лукнер М., Вторичный метаболизм у микроорганизмов, растений и
животных, М.: Мир, 1979.
11. Семенов А.А., Очерк химии природных соединений, Новосибирск:
Наука, 2000.
12. Племенков В.В., Введение в химию природных соединений, Казань, 2001.




Пленарные доклады
76
Новые аспекты в химии O-, S-, N-содержащих
гетероциклов
Лозинский М.О.1, Шелякин В.В.1, Демченко А.М.2, Шиванюк А.Ф.1
1
Институт органической химии НАН Украины
02094, Киев, ул. Мурманская, 5
2
Черниговский педагогический университет им. Т.Г. Шевченко
14038, Украина, Чернигов, ул. Гетьмана Полуботка, 53


Химия O-, S-, N-гетероциклических соединений и их конденсированных систем в
течение последних лет интенсивно изучается. Объектом нашего исследования на
первом этапе являются реакции циклоконденсации 1,3-дикарбонильных соедине-
ний гетероциклического ряда и их производных в синтезе функционально замещен-
ных фуранов, азолов, азинов и их конденсированных аналогов. Не менее важным
аспектом в теоретическом и практическом плане наших исследований было поиск,
классификация и унификация методов получения замещенных 1,4-бензтиазина и его
близких аналогов – важных биологически активных соединений.
В докладе рассмотрена классификация по структурному расположению 1,3-кар-
бонильной функции следующих типов соединений – симметричные и несиммет-
ричные циклические вещества с экзоциклическим расположением 1,3-дикарбо-
нильной функции, симметричные и несимметричные линейные соединения с эндо-
циклическим расположением 1,3-дикарбонильной функции и функционально за-
мещенные соединения, полученные на основе 1,3-дикарбонильных соединений.
В плане изучения химии 1,4-бензтиазина в докладе приведены известные
методы получения этого гетероцикла и дана краткая характеристика их доступ-
ности и преимущества, а также возможные пути практического применения. В
докладе отмечено, что наиболее часто используется метод конденсации о-амино-
тиофенола с соединениями различных типов: 1,2-дихлорэтаном, ?-дикетонами,
4-хлор(бутин)2-кабоновой кислотой, малеиновым ангидридом, 1,6-дифенил-3,4-ди-
гидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионами, ?-галогенкислотами и их замещенными,
3-арил-5(4Н)изоксазолона, трифторпировиноградной кислотой.
Близкий к этому методу – метод получения целевых производных 1,4-бенз-
тиазина исходя из o-нитрозамещенных тиогликолевых кислот, реакцией Герца
2-метилсульфониланилинов при обработке трифенилфосфинбромидом с после-
дующей обработкой фенилизотиоцианатом и гетероциклизацией под действием
гидрида натрия, внутримолекулярной циклизацией 2-бензилсульфонил-1-этил-(фе-
нил)карбоксамидобензола под действием диизопропиламида лития в растворе ТГФ.
Особого внимания заслуживает метод получения замещенных 1,4-бензтиази-
нона, предложенный чуть раньше японскими химиками и независимо нами при
взаимодействии N,N-диарилацетамидов и ариламидов этилового эфира малоновой
кислоты с избытком хлористого тионила. Метод дает возможность получать мно-
гочисленные его замещенные. Среди других методов получения 1,4-бензтиазина
следует упомянуть циклоконденсацию о-аминобисарилдисульфидов с этиловым
эфиром ацетиленкарбоновой кислоты, взаимодействие бис(о-нитрофенил)дисуль-

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 77
фидов с дииодидом самария в ТГФ, реакцией с расширением гетероцикла на при-
мере трифторметилсульфоната-2-ацетил-метилбензотиазолия, 2-хлораллилбензтиа-
золов с алкоголятами щелочных металлов в растворе ДМФА, а также реакцией
бромидов 3-фенацилбензтиазолия с раствором гидроксида натрия в ТГФ.
Несколько ограниченное значение имеют реакции с cужением гетероцикла,
реакции внутримолекулярной циклизации на примере о-бензил-тиоизо(тио)циа-
ната под действием гидрида натрия и реакции замены нитрогруппы в тринитро-
толуоле (или 2,4,6-тринитробензамиде) бензилмеркаптаном и последующей
обработкой амидов диацетоксииодбензолом в метаноле.
Отдельный интерес представляют 1,4-бензтиазин-1,1-диоксиды. Вкратце ме-
тоды их получения сводятся к окислению исходных 1,4-бензтиазинов перекисью
водорода в уксусной кислоте, внутримолекулярным нуклеофильным замещением
атома хлора в этиловом эфире 3-ариламино-2-(2,5-дихлорфенилсульфонил)-2-про-
пеновой кислоты в условиях межфазного катализа, циклоконденсацией оснований
Шиффа с сульфеном, генерируемым из метилсульфохлорида электрохимическим
восстановлением на ртутном катоде 2-(2-нитрофенилсульфонил)-ацетонитрила в
серной кислоте. Производные 1,4-бензтиазина и его конденсированные замещен-
ные обладают широким спектром биологической активности. Среди них обнару-
жены препараты, обладающие свойствами блокаторов кальциевых каналов, ин-
гибиторов образования пероксидов липидов, проявляющих антибактериальную
(препарат Руфлоксацин), кардиотоническую, антигипертоническую, диуретичес-
кую, противогрибковую, противоспалительную (лечение ревматоидных артритов),
анальгетическую активность, сравнимую с активностью наркотического анальге-
тика пентазоцина. Имеются сведения о свойствах конденсированных замещенных
1,4-бензтиазинона как ингибиторов редуктазы альдоз. При этом установлено, что
замена карбонильной группы в положении 4-хинолона на сульфонильную или
сульфоксидную группу (фторхинолоновые антибактериальные средства) приводит
к полной потере антимикробных свойств. Всестороннее изучение медико-биоло-
гических свойств этого гетероцикла потенциально может привести к лекарствен-
ным препаратам широкого спектра действия.


Доклад сделан по материалам обзоров: "Синтез и свойства производных 1,4-бензо-
тиазина" и "Циклоконденсация 1,3-дикарбонильных соединений гетероцикличес-
кого ряда и их производных в синтезе кислород-, азот- и серусодержащих гете-
роциклов", полные тексты которых опубликованы: в кн. "Избранные методы
синтеза и модификации гетероциклов", под ред. Карцева В.Г., М.: IBS PRESS,
2003, т. 2, с. 305, c. 335.


Литература

1. Brown C., Davidson R.M., Adv. Heterocycl. Chem. 1985 38 135.




Пленарные доклады
78
Антибактериальные гликопептидные антибиотики,
построенные на основе азот- и кислородсодержащих
макроциклов
Преображенская М.Н.
Научно-исследовательский институт
по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе РАМН
110021, Москва, Б. Пироговская, 11

Гликопептидные антибиотики принадлежат к важнейшему арсеналу средств для
борьбы с бактериальными грам-положительными инфекциями. В настоящее время
ванкомицин 1 и тейкопланин 2 применяются при лечении инфекций, устойчивых
к действию других антибиотиков (?-лактамов, аминогликозидов и др.). Таким
образом, гликопептидные антибиотики представляют собой последнюю защиту от
полирезистентных бактериальных инфекций человека.

OS'S" Cl
O O
2
4
6
OH
Cl
HO
O
O O
O H H
H
N N
N NH
N N
HO N
H H H
O O
O O
5
7
NH2
HO OH
S' = гликозил, S" = ванкозамин
OH
1
ванкомицин

OS' Cl
O O
6 2
4
Cl
S"O
O
O O
O H H
H
N N
N NH2
N N
HO N
H H H
O O
O
5
7 3 1
HO
OS"' O
OH OH
S' = GlcNHC(O)(CH2)6CHMe2;
2
S" = GlcNAc; S"' = D-маннозил
тейкопланин


Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 79
Механизм действия этих антибиотиков основан на взаимодействии связываю-
щего кармана антибиотика, который образован водородными связями пептидного
фрагмента аминокислот 2, 3, 4, 5, 6, с фрагментом D-аланил-D-аланил строящегося
пептидогликана бактериальной клетки, что приводит к ее разрушению. Однако
широкое и крайне опасное распространение бактериальных инфекций, резистент-
ных к большинству применяемых в клинике антибиотиков, привело к увеличению
применения ванкомицина (особенно в отделениях интенсивной терапии), и в настоя-
щее время появились штаммы грам-положительных бактерий, резистентные к
ванкомицину и тейкопланину (особенно штаммы энтерококков GRE) и штаммы
стафилококков, с промежуточной (низкой) чувствительностью к гликопептидам
(GISA). Показано, что ванкомицин-устойчивые энтерококки используют для по-
строения бактериальной стенки не фрагмент D-Ala-D-Ala, а депсипептид D-Ala-
D-lactate, который не может взаимодействовать со связывающим карманом глико-
пептида с участием 5 водородных связей, и такой комплекс является непрочным,
что приводит к потере антибактериальной активности. В настоящее время нет
средств борьбы с этими патогенами, которые получают все более широкое распро-
странение.
Одним из путей создания препаратов, активных в отношении гликопептид-
резистентных грам-положительных микроорганизмов, является модификация
природных гликопептидов. Разработаны методы модификации гликопептидных
антибиотиков, позволяющие вводить различные заместители на периферию моле-
кулы гликопептида. Ниже представлены направления модификации антибиотика
эремомицина (получен в НИИНА им. Гаузе).


HO OH
HO
O
OH
H2N
O
OH
O
H2N
O Cl
O O
O
6 2
4
OH
O
O
O O
O H H
H
N N
N NH
N N
HO N
H H H
O O
O O
5
7
NH2
HO OH
OH
Эремомицин и направление его
модификации на переферии молекулы


Разработаны методы дегликозилирования (получения агликона), методы изби-
рательного ацилирования или восстановительного алкилирования аминогруппы

Пленарные доклады
80
дисахаридной ветви эремомицина, методы отщепления первой аминокислоты как
на антибиотике, так и на его агликоне (реакция Эдмана), методы алкилирования и
избирательного ацилирования N-конца антибиотика, методы гидролиза аспараги-
нового фрагмента с заменой амида на алкил (арилалкил)амид, реакция Манниха,
направленная избирательно в резорциновое ядро аминокислоты 7, разнообразные
методы амидирования по конечной карбоксильной группе, а также несколько
двойных и тройных модификаций. Индивидуальность полученных продуктов (их
получено более 400) подтверждена методами ВЭЖХ, структура подтверждена
методами ЯМР, а также электрофореза и избирательного гидролиза. Ряд производ-
ных эремомицина (а также аналогичные производные ванкомицина, тейкопланина,
антибиотика DA 40926 и ряда других) активны в отношении гликопептид-устой-
чивых энтерококков и стафилококков с промежуточной чувствительностью при
введении алкил- или арилалкил содержащих заместителей, содержащих С10-С12
углеродных атомов, в интервале минимальных ингибирующих концентраций
2–8 µг/мл (ванкомицин не подавляет развитие этих бактерий в концентрации
>128 µг/мл). Биохимическими методами (с использованием меченых предшествен-
ников биосинтеза бактериального пептидогликана) и методами ЯМР с использова-
нием 15N меченого эремомицина показано, что активность гидрофобных произ-
водных гликопептидов не связана с взаимодействием связывающего кармана
антибиотика (не затронутого в таких полусинтетических превращениях) с D-Ala-
D-Ala или D-Ala-D-Lactate и последующим ингибированием транспептидазы
бактериальной стенки. Эти соединения оказались ингибиторами процесса транс-
гликозилирования – предыдущего этапа синтеза пептидогликана в бактериальной
стенке. Недостатком таких производных, помимо низкой растворимости, является
достаточно выраженная токсичность для многих из них и связывание с белками
крови, следствием чего является потеря активности при их введении in vivo или
крайне большое время выведения таких препаратов из организма (неблаго-
приятная фармакокинетика). Таким образом, показано, что активность гидрофоб-
ных производных в отношении гликопептид-чувствительных штаммов определяется
взаимодействием связывающего кармана с D-Ala-D-Ala фрагментом строящегося
пептидогликана бактерий, а также с подавлением трансгликозилазы, участвующей
в построении пептидогликана. В отношении резистентных бактерий, не исполь-
зующих D-Ala-D-Ala, действует только второй механизм.
Способность связывающего кармана к взаимодействию строго контроли-
руется – она зависит не только от стереохимии аминокислот его образующих, но
также от преобладания ротамеров относительно связей С-О-С и С-фенил в циклах,
которое помимо всего контролируется находящимися при аминокислоте 4 угле-
водными остатками (прежде всего, глюкозным фрагментом). Кроме того, вся
проблема усложняется тем, что антибиотики ванкомициновой группы димеризу-
ются в растворе (по типу голова к голове, голова к хвосту и т.д.) с участием не
занятых во взаимодействии с бактериальным фрагментом пептидных фрагментов
и моносахарида находящегося при аминокислоте 6. Таким образом, предпола-
гается, что, например, для эремомицина в растворе образуется тип сэндвича:
-(аланил-аланил)-(эремомицин)-(эремомицин)-(аланил-аланил). Выдвигались пред-
положения, что димеризация эремо- и ванкомицина резко усиливает их взаимо-
действие с мембраной бактерий, однако насколько эта ситуация реализуется in vivo
остается неясным и в настоящее время подвергается сомнению.

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 81
Для того, чтобы понять, какую роль играет конденсированная макроцикли-
ческая система в антибактериальной активности гидрофобных гликопептидных
антибиотиков, ее подвергли разрушению. Были разработаны методы отщепления
первой аминокислоты (N-метил-D-лейцина) как от агликона, так и от интактного
эремомицина без затрагивания гликозидных связей. Используя метод, разработан-
ный итальянскими исследователями Malabarba A. и Ciabatti R., из тейкопланина, а
также его агликона, методом исчерпывающего восстановильного расщепления
пептидной связи NaBH4 были "вынуты" аминокислоты 1 и 3 (см. ниже); разру-
шению также подвергалась связь аминокислот 6 и 7. Однако и такие полуразру-
шенные гликопептидные антибиотики и их агликоны при наличии определенных
гидрофобных заместителей проявляют достаточно выраженную активность в
отношении GRE. Причем она становится равной активности в отношении чувстви-
тельных стафилококков.


OH Cl
O O

GlnAcNO Cl
O O H
H
N
N
n- C10H21
N NH2 NH2
N
H
H OH
O
O

HO O
Mannosyl OH


OH Cl
O O
2
6 4
Cl
HO
O O
O H H
N N
HO NH2
N N N
H H H
O O
O
OH
5 3 1
HO O
7 OH OH
HO NH2

N
O
H


Cl


Пленарные доклады
82
Поскольку в таких соединениях разрушен связывающий карман, нарушена жест-
кая конформация макроциклического остова, нарушена способность к димериза-
ции антибиотиков, возникает вопрос, что же лежит в основе антибактериальной
активности этих соединений. Хотя антибактериальная активность гидрофобных
производных гликопептидов, а также их агликонов выше у соединений с нераз-
рушенным пептидным кором, у частично разрушенных соединений она все же
остается достаточно выраженной (16–32 µг/мл).
Производные тейкопланина с частично разрушенным пептидным кором
(отсутствуют один или два макроцикла) и выраженной антибактериальной актив-
ностью (МИК 16–32 µг/мл).
Что же определяет возможность взаимодействия производного антибиотика с
бактериальным лигандом и последующее ингибирование мембранных трансглико-
зилирующих ферментов? В последние годы высказывается предположение, что
при взаимодействии крупных молекул с рецептором, отвечающим структурным и
термодинамическим требованиям, определяющее значение имеет кооперативное
связывание лиганда с рецептором. Кооперативность – общий биохимический
феномен, когда несколько процессов, независимых в других случаях, оказываются
термодинамически взаимозависимыми. В ряду гликопептидов отмечены биоло-
гические эффекты, которые нельзя свести к конформационным изменениям. При
невозможности конформационных изменений динамические связь с лигандом и
другие процессы оказываются структурно взаимозависимыми и кооперативными.
Кооперативные взаимодействия с лигандами ослабевают с уменьшением размера
молекулы и этим можно объяснить частичное снижение антибактериальной актив-
ности частично разрушенных антибиотиков по сравнению с производными нераз-
рушенных гликопептидов.


Литература

1. Nagarajan R., Glycopeptide Antibiotics, New York: Marcel Dekker, 1994.
2. Malabarba A., Nicas T.I., Thompson R.S., Med. Res. Rev. 1997 17 69.
3. Павлов А.Ю., Преображенская М.Н., Russ. J. Bioorg. Chem. 1998 24 570.
4. Printsevskaya S.S., Pavlov A.Y., Olsufyeva E.N., at al., J. Med. Chem. 2002
45 1340.
5. Loll P.J., Axelsen P.H., Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000 29 265.




Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 83
3D-QSAR studies on 5,6-diarylimidazo(2,1-b)thiazole:
Selective COX-2 inhibitors
Saxena A.K.
Medicinal Chemistry Division, Central Drug Research Institute,
Lucknow, 226 001 India
e-mail: anilsak@hotmail.com


Introduction

The suppression of pain and inflammation still continues to be a challenge despite the
availability of a number of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). This is
because NSAIDs not only exhibit different spectrum of analgesic, antipyretic and anti-
inflammatory effects but also cause gastrointestinal (GI) complications ranging from
dyspepsia to fatal upper GI tract bleeding and perforation [1]. Various strategies have
been employed to prevent these side effects by developing different formulations like
enteric-coated tablets, dispersible tablets, etc. Recent approach is selectivity of action of
NSAIDs. It is now well established that NSAIDs produce anti-inflammatory effect by
inhibiting prostaglandin (PG) formation [2].
Prostaglandin endoperoxide synthase (PGHs) is the key enzyme in the PG synthesis
and it has two distinct catalytic activities, viz. cyclooxygenase activity which converts
arachidonic acid (AA) to PGG2 and peroxidase activity which converts PGG2 to PGH2 [3].
The PGH2 is further metabolized by specific synthase and isomerase to various
prostanoids. Unlike aspirin which irreversibly blocks the COX channel of PGHs, the
most of the NSAID-like ibuprofen and indomethacin produce reversible COX inhibition
by competing with AA for a common binding site [3].
Epidemiological studies have shown that comparable therapeutic doses of NSAIDs
have similar risk of serious GI bleeding [4]. However with the discovery of the two
isoforms of PGHs [3], PGHs1 (COX-1) and PGHs2 (COX-2), it has been suggested that
inhibition of COX-2 is responsible for the inflammatory action of NSAIDs whereas the
toxic effects on the stomach and bleeding complications are due to inhibition of COX-1
[5]. The COX-1 enzyme is present in almost all cell types and is involved in various
physiological functions like co-ordination of circulating hormones, protection of gastric
vascular haemostasia [6]. In contrast, COX-2 is induced in pathological situations in a
variety of cell types by mitogenic and inflammatory stimuli and is thus associated with
inflammation [7]. Both COX isoforms are seen in most mammals, in humans the COX-1
gene is on chromosome 9 and COX-2 gene is on chromosome 1. Genetic analysis shows
that COX-1 and COX-2 genes share significant homology (81–98%) across different
species while single species show a significant variation (59%–62%) in genetic constitu-
tion [8]. Comparative analysis of X-ray crystal structures for COX-1 [9] and COX-2 [10]
has demonstrated slight difference in amino acid composition. COX-2 presents an extra
side pocket, which may be available for selective COX-2 inhibitors. This is due to the
presence of Valine at position 523 in COX-2 while in COX-1 this position is occupied
by isoleucine, since valine is smaller by a single methyl group, it produces a larger gap

Пленарные доклады
84
in COX-2. Another structural difference is the presence of a small alcove in COX-2
active site created by different position of the isoleucine at 384 site between COX-1 and
COX-2 [11]. These minor structural differences have allowed the development of selec-
tive agents that inhibit the active sites of COX-2 without altering the activity of COX-1
enzyme [12].

R
H
N N
R'
N
Aryl R'' R


H H
Central R
N N
NN
Ring
R
S
N S R'
H
R''
Aryl O O
H
N N
O N O
N
R
R

Fig. 1. COX-2 inhibitors.


Although COX-2 inhibitors belong to different chemical classes, such as 4,5-diaryl-
pyrroles [13], 1,2-diarylcyclopentenes [14], Novel terphenyls [15], 5,6-diarylthia-
zolo[3,2-b][1,2,4]triazoles [16], 5,6-diarylimidazolo[2,1-b]thiazole [17], 1,2-diaryl-
pyrroles [18], 1,2-diarylimidazole [19], 1,3,4 and 1,2,4-thiadiazole [20], thiazolones and
oxazolones 21], alkoxylactones [22], 3-heteroaryloxy-4-phenyl-2(5H)-furanones [23],
methanesulfonylphenyl [24], 4-[5-methyl-3-phenylisoxazole-4-yl]benzenesulfoneamide
[25], 3,4-diaryl-oxazolones [26], pyrazolo[1,5-a]pyrimidines [27], but one common feature
present in most of them is diaryl substitution to a central ring (Fig. 1). The structure–
activity studies suggest that sulfonamide or methyl sulfone group on para position of
one of the aryl ring is an essential requisite required for good COX-2 activity and
selectivity.
Structure-based drug design (direct design) using the x-ray derived 3D-structures
of enzyme inhibitor complex have been very helpful in the process of understanding
the enzyme inhibition mechanisms and in the design of selective enzyme inhibitors.
However, such approaches have limitations due to non-consideration of dynamic factors
such as enzyme flexibility and conformation perturbations at the active site. Hence, the
approaches based on pharmacophore identification and 3D-QSAR model development
(indirect design) offer a good and statistically more robust alternative to aid in the design
and identification of new selective enzyme inhibitors. Several approaches to 3D-QSAR
have been developed in the last ten years. The activity prediction expert system APEX-3D

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 85
is one such approach. It recognizes the pharmacophore in the biologically active mole-
cules by comparing the different physicochemical and structural properties and their
distances with respect to active and inactive analogs, and is used to predict the activity of
active and inactive compounds. It finds the common features of the low energy con-
formations of each compound, which can be ring center, hydrophobic center, atomic
charges, ?-population and hydrogen bond donor and acceptor indexes. In order to
identify the necessary structural and physiochemical requirements for selective COX-2
inhibition in 5,6-diarylthiazolo[3,2-b][1,2,4]triazoles [17a, b] (Table 1), the APEX-3D
expert system has been used for the derivation of important biophore (pharmacophore)
and 3D-QSAR model [17c].


Materials and methods

The compounds chosen for the present study were obtained from the literature [17a]. The
structure and biological activity data of the compounds forming the training set for all
the molecules with definite IC50 values are shown in Table 1. The test set consisted of
three standard compounds: DUP-697, Indomethacin evaluated with the training set
molecules, and a very selective COX-2 inhibitor SC-558 whose activity was extrapolated
by its reported activity in comparison to Indomethacin. The reported COX-2 inhibitory
activity for Indomethacin and SC-558 are 0.96 and 0.0093 µmol, respectively [17b]. The
ratio between these two activitites was used to extrapolate the activity value of SC 558.
The reported biological activity values for selective inhibition of COX-2 were converted
into –log IC50.


Table 1. In vitro COX-2 inhibitory activity of 5,6-diarylimidazo[2,1-b]thiazole (training
set)
3
R


2 5
R R
34
5
N
1 2 4
R R
6
S N
7
1


Comp. R1 R2 R3 R4 R5 COX-2 COX-2 Observed Calcu- Predicted
no. activity lated activity
(IC50 M) (–log activity
IC50 M)
H H 4-MeSO2 H H 0.016 1.796 1.8 1.79 1.79
01
H H H 4-MeS H 5.0 –0.699 –0.7 –0.47 –0.42
02
H H H 4-MeSO2 H 3.21 –0.506 –0.51 0.28 0.37
03
H H 4-MeS H H 0.42 0.377 0.38 0.59 0.85
04
Me H H 4-MeSO2 H 0.14 0.854 0.85 0.28 0.23
05
H H 4-MeSO2 F H 0.014 1.854 1.85 1.79 1.78
06


Пленарные доклады
86
Table 1. Continued
H H 4-MeSO2 F F 0.012 1.921 1.92 1.79 1.77
07
Me H 4-MeSO2 H H 0.012 1.921 1.92 1.79 1.77
08
H Me 4-MeSO2 H H 3.0 1.910 –0.48 –0.47 –0.47
09
Me Me 4-MeSO2 H H 5.0 –0.699 –0.7 –0.92 –1.17
10
H Me H 4-MeSO2 H 1.0 0.000 0 0.28 0.31
11
H CH2CO- 4-MeSO2 H H 0.9 0.046 0.05 –0.47 –0.58
12
2Et
Cl H 4-MeSO2 Cl H 0.016 1.796 1.8 1.79 1.79
13
Cl Cl 4-MeSO2 Cl H 3.6 –0.556 –0.56 –0.47 –0.45
14



Table 2. Observed and calculated activities of the test set
Molecule Observed activity Calculated activity Residual

O 3.6 3.6 0
S
O

Br
S

F


SC-558

1.585 1.79 –0.205
Cl
O

N

MeO
CO2H


Indomethacin

Br 2.698 3.3 –0.602

F3C
NN
O
S
NH2
O


DUP-697


Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 87
Table 3. 3D-QSAR model describing correlation and statistical reliability for COX-2
inhibition activity
R2
Model RMSA RMSP Chance Size Match Variable No. of
no. compounds
01 0.37 0.40 0.91 0.00 3 0.59 2 14

Molecular modeling and 3D QSAR studies were performed on a silicon graphics
Indy R 4000 work station employing molecular simulations incorporations (MSI) soft-
ware (Insight II [28], Discover [29], and Apex-3D [30]). 3D molecular structures of all
the compounds were built in the builder module of Insight II software. These 3D struc-
tures were later optimized for their geometry using CVFF force field [31] and the energy
minimization was performed using the steepest descent, conjugate gradient, Newton–
Raphsons algorithms in sequence followed by Quasi-Newton–Raphson (va09a) imple-
mented in the discover module by using 0.001 kcal/mol energy gradient convergence
and maximum number of iteration set to 1000. Energy minimized structures were stored
in MDL format. In order to check the validity of the above energy minimized techniques
vis-a-vis other low energy conformations near global minimum, one of the most active
compound (no. 7) was subjected to molecular dynamics (MD) simulations using CVFF
force field [31]. In this procedure, the optimized conformations of compound no. 7 were
randomized by setting random velocities and carrying out MD simulations at 0.1 ps at
T = 1000 K. The obtained average conformations of compound no. 7 by this calculation
was used as starting point for another 5 ps of MD simulations at T = 1000 K. The pur-
pose of high temperature MD was to explore the conformational space extensively. An
annealing procedure was subsequently applied to each average conformations obtained
in high temperature simulations. The annealing was carried out, as slow cooling down of
the structure from 1000 to 300 K. The last step of an annealing procedure was energy
minimization. The total energy of these 20 conformations obtained in 75–150 ps simula-
tion time ranged between 185.42 to 185.72 kcal that was near to the conformational
energy (185.4056 kcal) obtained from the standard energy minimization procedure
described above. Hence, the same energy minimized conformations were used in the
3D-QSAR model development.
The energy minimized structures were subjected to different computational chemistry
programs including MOPAC 6.0 ver. (MNDO Hamiltonian) [32] for the calculations of
different physicochemical and quantum-chemical parameters: atomic charge, ?-popula-
tion, electron donor (DON_01) and acceptor (ACC_01) index, HOMO, LUMO, hydro-
phobicity, and molar refractivity based on atomic contributions [33]. These parameters
were then used by APEX-3D program for automated identification of pharmacophore
and 3D QSAR model building [34]. The 5,6-diarylimidazo[2,1-b]thiazoles with definite
COX-2 inhibitory activity (–log IC50) were subdivided into the following classes: (i) very
active (> 1.7), (ii) active (< 1.7 and ? –0.60), (iii) less active/inactive (> –0.60). The 3D
QSAR equations were derived by defining COX-2 inhibitory activity (–log IC50) as a
dependent variable and biophoric center properties (?-population, charge, HOMO, LUMO,
ACC_01, Don_01, hydrophobicity, refractivity), global properties (total hydrophobicity
and total refractivity), secondary sites [(H-acceptor (presence), H-donor (presence),
heteroatom (presence), hydrophobic (hydrophobicity), steric (refractivity) and ring

Пленарные доклады
88
(presence)] as independent variables with the occupancy set at 5, site radius at 0.80,
sensitivity at 0.80, and randomization value at 100. Quality of each model was estimated
from the r (coefficient of correlation), RMSA (calculated root mean square error based
on all compounds with degree of freedom of correction), RMSP (root mean square error
based on 'leave-one-out' with no degree of freedom correction), chance statistics, and
match parameter as described in our earlier paper [35].


Results and discussion

In view of several 3D QSAR models generated for the training set, only one model (Fig. 2)
containing all the compounds was selected based on the statistical criteria: correlation
coefficient (r2 > 0.9), 100% reliability (chance = 0.00), good superimposition (match
value > 0.50). This model (Table 3) was found to describe most accurately the distribu-
tion of the biophores for the COX-2 inhibition activity.




R3 SS1
B

R5
R2 C
SS2
N
R1 R4
S N
A

Fig. 2. Pictorial representation of pharmacophoric sites and secondary sites (SS) in the model.




There are biophoric sites: first site (A) being sulfur at position one, second site (B)
being sulfur or any of the two oxygen atoms present at R3 or R4, and third site (C) being
ring center attached at fifth or sixth positions. Two of the three biophoric sites (A and B),
in the model are for hydrogen bonding, while an electron rich site (C) is probably
involved in electrostatic interactions.
The spatial disposition of the biophoric sites in above model for selective COX-2
inhibition not only depends on physicochemical properties of biophoric centers cor-
responding to site A (?-population: 0.171 ± 0.0078, DON_01: 7.292 ± 0.452), site B
(?-population: 0.302 + 0.011, DON_01: 6.265 + 0.050), and site C (cycle size: 6 ± 0.00,
?-population: 6 ± 0.00) but also on their spatial arrangements, the mean interatomic
distances of the three biophoric sites A, B, C, are as follows: A–B (10.005 ± 0.277), A–C
(8.160 + 0.372), B–C (6.355 + 0.025).

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 89
a b c

Fig. 3. Mapping of the test set molecules to the biophoric sites (solid spheres) and secondary sites
(grey circles): (a) Indomethacin, (b) DUP-697, (c) SC-558 (conformation derived from its x-ray
crystal structure with COX-2 [36]).




Tyr 385

Phe 513
Arg 815

C




A
B
Tyr 355
His 90

Arg 120




Fig. 4. Stereo-view of the interactions of SC-558 with the cyclooxygenase-2 active site [36]
vis-a-vis biophoric sites A, B, C.



Пленарные доклады
90
In order to explain the variations in COX-2 inhibitory activity data and to under-
stand the drug-enzyme interactions, the 3D QSAR equation (Eq. 1) was also derived
using the biophore as a template for superimposition. COX-2 inhibition was related to
two secondary site parameters (variable): presence of mean electron donor reactivity
(DON_01) at site SS1 in the vicinity of sulfur or any of the two oxygen atoms present
at R3/R4 (10.005 ± 0.277, 8.160 ± 0.372 from the biophoric sites A, B, C respectively
and steric bulk in terms of atomic refractivity increments (steric Refractivity) at site
SS2 in the vicinity of the nitrogen at the fourth/seventh position of the thiazole ring
(3.795 ± 0.009, 8.973 ± 0.294, 2.639 ± 0.0497 from the biophoric sites A, B, C,
respecttively). This equation showed a good correlation coefficient values (r = 0.952) of
high (> 99.9 %) statistical significance (F1,12 ?:0.001 = 22.2; F1,12 = 52.790).

–log IC50 = 1.001 ± 0.236 DON_01 at site SS1 – 0.539 ± 0.055 Refractivity
at site SS2 –5.711,
n = 14, r = 0.952, F1,12 = 52.790 (1)

This 3D QSAR model also has good superimposition (match value = 0.59) with
good predictive power as evidenced by low chance value (0.01) with almost similar
RMSA and RMSP values. The model well explained the variation in the observed
activity in most of the cases (Table 1).
The 3D QSAR equation indicates that electron donor reactivity at site SS1 positi-
vely contribute to the COX-2 inhibitory activity while the steric bulk at site SS2 is not
favorable for the activity. A comparison of the observed versus calculated/predicted
values indicate that the most active compounds, no. 1 and no. 13, showed calculated and
predicted activity very near to the reported biological activity. The other compounds also
showed good agreement between observed and calculated/predicted activity, except for
three compounds nos. 3, 5, and 12) where the observed activity was little lower/higher
than the calculated activity. In order to further validate this model, the activities of three
standard compounds (test set) were predicted by this model (Fig. 3) where a good
agreement was observed between the predicted and reported activity (Table 2). In view
of the prediction of SC-558 by this model whose X-ray crystal structure with COX-2 is
known, the mapping of SC-558 of this conformation to this model led to the comparison
of the biophoric sites with the binding site analysis of SC-558 with COX-2 proposed by
Kurumbail et al. [37] (Fig. 4). It suggests that biophoric site C of this model corresponds
to the hydrophobic site cavity formed by Tyr 385 and other amino acids, such as Phe381,
Leu384, Trp387, Phe513 and Ser530, where the bromophenyl ring of SC-558 has been
shown to bind. The trifluoromethyl group of SC-558 is involved in a hydrogen-bonding
interaction with Arg120, which corresponds to biophoric site B, and has been suggested
to be essential for the activation of the COX-2 enzyme.
Finally, the third and the most predominant interactive site influencing the selecti-
vity of SC-558 has been suggested to result from the phenyl sulphonamide moiety which
binds in a pocket that is more restricted in COX-1 and is unoccupied in complexes of
COX-2. The phenyl ring is surrounded by hydrophobic residues Leu352, Try 355,
Phe518, Val 523, and backbone of Ser353, and sulfonamide group extends into region
near the surface of COX-2 that is relatively polar where one of the oxygen atoms forms
hydrogen bond to Arg513 while the other oxygen is linked by a hydrogen bond to His90


Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 91
and the amide nitrogen forms a hydrogen bond to the carbonyl oxygen of Phe518. This
important site corresponds to the biophoric site A in the model (Figure 5).
These studies suggests that, in 5,6-diarylimidazo[2.1-b]thiazoles, the sulfur/oxygen
of R3/R4 group, sulfur of the thiazole and phenyl ring at 5/6 position of thiazole of the
training set molecules aligns with the fluorine of CF3, sulfonamide group and bromo-
phenyl of SC-558, respectively. Among the two secondary sites SS1 and SS2, the SS1 at
biophoric site B is involved in hydrogen bonding interaction while the other site SS2, in
vicinity of N4/N7 of thiazole, disfavours steric bulk probably to maintain interactions in
the polar region around bioiphoric site A.




Fig. 5. Superimposition of all the molecules of the training set mapped to the biophoric sites A, B,
C represented by some interacting active site residues of COX-2.



Conclusions

The 3D QSAR model describing the COX-2 inhibition by 5,6-diarylimidazo[2,1-b]thi-
azoles has led to the identification of essential structural features (which are consistent
with the active site of the enzyme) in terms of the physicochemical properties (?-popu-
lation, DON_01 and 6?-electron cloud) and their spatial dispositions., where the
hydrogen bonding groups at site A and B and a 6?-elctron cloud at site C are essential
and crucial for the activity in the present set of compounds.


Пленарные доклады
92
According to the 3D QSAR equation, the COX-2 inhibitory activity is enhanced by
the hydrogen bonding interactions influenced by the electron donor reactivity of group
R3/R4 and decreased by steric hindrance at N4/N7 of thiazole. As the model also has
good predictions for a test set, it may be useful in designing new active and selective
COX-2 inhibitors.


References

1. Allison M.C., Howastan A.G., Torrance C.J., Lee F.D., Russell R., N. Engl. J. Med.
1982 327 749.
2. Vane J.R., Nature (New Biol.) 1971 231 232.
3. Smith W.L., Garavito R.M., Dewitt D.L., J. Biol. Chem. 1996 271 33157.
4. (a) Henery D., Lim L.L.-Y., Garcia Rodriguez L.A., et al., Brit. Med. J. 1996 312
1563; (b) Langman M.J.S., Well J., Wainwright P., et al., Lancet 1994 343 1075.
5. Vane J.R., Nature (London) 1994 367 215.
6. Smith W.L., Sonnenburg W.K., Allen M.L., Watanabe T., Zhu J., El-Harith E.A.,
in Renal Eicosanoids, Patrono M.J., Cinotti C., Eds., New York: Plenum Press, 1989.
7. (a) Kujubu D.A., Fletcher B.S., Varnum B.S., Lim R.W., Herchman H.R., J. Biol.
Chem. 1991 266 12866; (b) Lee S.H., Soyoola E., Chanmugan P., Hart S., et al.,
J. Biol. Chem. 1992 267 25934; (c) De Witt D.L., Meade E.A., Arch. Biochem.
Biophys. 1993 306 94; (d) Ristimaki A., Garfinkel S., Wessendrof J., Maciag T.,
Hla T., J. Biol. Chem. 1994 269 11769; (e) Coffey R.J., Hawkey C.J., Damstrup L.,
et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997 94 657.
8. Jouzeau J.Y., Terlain B., Abid A., Nedelec E., Netter P., Drugs 1997 53 563.
9. Picot D., Loll P.J., Garavito R.M., Adv. Exp. Med. Biol. A 1997 400 107.
10. Luong C., Milleer A., Barnett J., Chow J., Ramesha C., Browner M.F.,
Nat. Struct. Biol. 1996 3 927.
11. Bayly C.I., Black W.C., Leger S., Ouimet N., Ouellet M., Percival M.D.,
Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999 9 307.
12. Grant W.C. Drugs of Today 1999 35(7) 487.
13. Wilkerson V.W., Copland R.A., Covington M., Trzaskos J.M., J. Med. Chem.
1995 38 3895.
14. (a) Li J.A., Anderson G.D., Burton E.G., et al., J. Med. Chem. 1995 38 4570;
(b) Reitz D.B., Li J.M., Norton M.B., et al., J. Med. Chem. 1994 37 3878.
15. Li J.J., Norton M.B., Reinhard E.J., et al., J. Med. Chem. 1996 39 1846.
16. Roy P., Leblanc Y., Ball R.G., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1997 7 57.
17. (a) Therien M., Brideau C., Chan C.C., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1997 7 47;
(b) Dannhardt G., Kiefer W., Eur. J. Med. Chem. 2001 36 109; (c) Sharma R.,
Prathipati P., Chaturvedi S.C., Saxena A.K., unpublished results.
18. Khanna I.K., Weir R.M., Yu Y., et al., J. Med. Chem. 1997 40 1619.
19. Khanna I.K., Weir R.M., Yu Y., et al., J. Med. Chem. 1997 40 1634.
20. Song Y., Connor D.T., Sercel A.D., et al., J. Med. Chem. 1999 42 116.
21. Song Y., Connor D.T., Doubleday R., et al., J. Med. Chem.1999 42 1151.
22. Leblanc Y., Roy P., Boyce S., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999 9 2207.
23. Lau C.K., Brideu C., Chan C.C., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999 9 3187.
24. Li C.-S., Black W.C., Brideau C., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999 9 3181.

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 93
25. Tally J.J., Brown D.L., Carter J.S., et al., J. Med. Chem. 2000 43 775
26. Puig C., Crespo M.I., Godessart N., et al., J. Med. Chem. 2000 43 214.
27. Almansa C., de Arriba A.F., Cavalcanti F.L., et al., J. Med. Chem. 2001 44 350.
28. Apex-3D version 1.4 user guide, Biosym MSI, San Diego, Sept. 1993.
29. Insight II version 2.3.0, Biosym MSI, San Diego, Sept. 1993.
30. Discover version 3.1 user guide, Biosym MSI, San Diego, Sept. 1993.
31. Dabur-Osguthorpe P., Roberts V.A., Ostguthorpe D.J., Wolf J., Genset M.,
Hagler A.T., Proteins Struct. Func. Genet. 1988 4 31.
32. Stewart J.J.P., QCPF Bull. 1990 455.
33. (a) Ghose A.K., Crippen G.M., J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1987 27 21;
(b) Viswanadhan V.N., Ghose A.K., Revankar G.R., Robins R.K., J. Chem. Inf.
Comput. Sci. 1989 29 103.
34. (a) Golender V.E., Vorpagel E.R., Computer Assisted Pharmacophore
Identification 3D QSAR in Drug Design Theory: Methods and Application,
Amsterdam: Edcom Science Publ., p. 149; (b) Golennder V.E., Rosenbit A.B.,
Logical and Combinatorial Algorithms for Drug Design, Letchworth (UK),
Research Studies Press.
35. Pandya T., Pandey S.K., Tiwari M., Chaturvedi S.C., Saxena A.K., Bioorg. Med.
Chem. 2001 9 291.
36. Protein Data Bank accession number 6 COX.
37. Kurumbail R.G., Stevens A.M., Gierse J.K., et al., Nature 1996 384 644.




Пленарные доклады
94
Взаимодействие 2-трифторметилхромонов
с алкилмеркаптоацетатами – новая редокс-реакция
с широкими синтетическими возможностями
Сосновских В.Я., Усачев Б.И.
Уральский государственный университет
620083, Екатеринбург, пр. Ленина, 51


Известно [1, 2], что взаимодействие этил- 1а и метил- 1b меркаптоацетатов с ?,?-не-
предельными кетонами протекает как нуклеофильное присоединение НS-группы к
активированной двойной связи с последующей циклизацией по карбонилу в соот-
ветствующие тиофеновые производные. Аналогичные реакции с эфирами 3-мето-
кси-4,4,4-трифторкротоновой [3], ?-фторалкилуксусных [4] и фторалкилпропио-
ловых [5] кислот дают алкил 3-гидрокси-5-фторалкилтиофен-2-карбоксилаты, а с
?-хлор-?,?-енонами [6] и ?-фторалкилкетонами [4] – алкил 5-фторалкилтиофен-2-
карбоксилаты. о-Гидроксихалконы [7, 8] также реагируют с эфирами 1, однако в
этом случае, благодаря присутствию в ароматическом кольце о-НО-группы, реак-
ция сопровождается циклизацией в 2-арил-1,2-дигидро-4Н-тиено[2,3-c]хромен-4-
оны (2, дигидротиенокумарины).

O
Ar
OR'
OH
O
O H R
S
R S
R
S O
O O CF3
H
2 4
3

O
CF3
OR'
OH
S
S R
R
O O
O CF3
5 6

Когда двойная связь инкорпорирована в цикл, как в циклогекс-2-еноне [9],
направление взаимодействия меняется и первоначальный аддукт присоединения
по Михаэлю подвергается циклизации в дикетон 3, существующий в енольной
форме. В то же время реакция 3,3-диалкил-6-трифторметил-2,3-дигидро-4-пиронов
с эфирами 1 протекает с участием обоих электрофильных центров по типу мета-
бриджинга без раскрытия пиронового кольца, давая производные 2-окса-7-тиаби-

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 95
цикло[3,2,1]октана 4 [10]. В связи с этим, а также с учетом уникальных биологичес-
ких свойств, проявляемых многими фторсодержащими гетероциклическими соеди-
нениям [11], мы изучили взаимодействие 2-трифторметилхромонов с эфиром 1a.
Принимая во внимание данные работ [7, 8, 10], можно было ожидать, что эта
реакция будет протекать либо без раскрытия пиронового кольца с образованием
мостиковой системы 5, либо с его раскрытием, сопровождающимся атакой по ке-
тогруппе и циклизацией в тиено[2,3-c]кумарины 6. Однако взаимодействие 2-три-
фторметилхромонов 7a–k с эфиром 1а при молярном соотношении 1 : 3 при 80°C в
присутствии Et3N в качестве основания неожиданно привело к дигидротиено-
кумаринам 8a–k с выходами 66–93% (схема 1). Вторым продуктом был диэтил-
3,4-дитиаадипат, что указывает на окислительно-восстановительный характер этой
трансформации. Интересно, что ожидаемые соединения 5 и/или 6 не были обна-
ружены даже в следовых количествах.

Схема 1

CF3
R O R
3HSCH2CO2Et S
R' R'
1a
?EtOH, ?H2O,
R'' CF3
O R" O O
?(SCH2CO2Et)2
R''' R"'
8a?k
7a?k
R = R' = R" = R"' = H (a); R = R" = R"' = H, R' = Me (b);
R = R" = R"' = H, R' = MeO (c); R = R' = R"' = H, R" = MeO (d);
R = R" = R"' = H, R' = NH2 (e); R = R" = R"' = H, R' = Cl (f);
R = R" = R"' = H, R' = Br (g); R = R" = H, R' = R"' = Br (h);
R = R" = Me, R' = R"' = H (i); R = R' = H, R"+R"' = бензо (j);
R+R' = бензо, R" = R"' = H (k)

Природа и положение заместителей в бензольном кольце не оказывают су-
щественного влияния на ход реакции, однако она оказалась типичной только для
2-трифторметилхромонов и не протекала при замене CF3-группы на CF2H, (CF2)2H,
CCl3 и Ме-группы. Строение кумаринов 8 хорошо согласуется с данными эле-
ментного анализа, ЯМР 1H, 19F, 13C, ИК и масс-спектров, а структура 8b подтвер-
ждена с помощью РСА [12]. В спектрах ЯМР 1Н помимо сигналов ароматических
протонов присутствуют сигналы алифатических протонов CH2 и CH, образующих
АВХ-систему (JAВ = 17.7–19.2, JAX = 10.3–12.3, JВХ = 2.6–4.5 Гц) при ? 3.6–4.4 и
4.3–5.2 м.д., соответственно.
Для прояснения механизма этой необычной реакции было решено расширить
ряд исходных хромонов в расчете на то, что серьезные изменения в их структуре
(более существенные, чем простой перебор заместителей в бензольном кольце)
позволят остановить реакцию на одной из промежуточных стадий. С этой целью
мы изучили взаимодействие 7-полифторалкилноркеллинов 9, синтезированных
при конденсации келлинона с эфирами полифторалкановых кислот [13], с алкил-
меркаптоацетатами 1a, b и нашли, что эти соединения, являясь хромонами, реаги-

Пленарные доклады
96
руют с эфирами 1a, b (Et3N, ˜20°С, 2 сут) аналогично 3,3-диалкил-6-трифтор-
метил-2,3-дигидро-4-пиронам [10] и c выходами 66–85% дают бензофурановые
производные 2-окса-7-тиабицикло[3,2,1]октана 10a–f [14] (схема 2). Отметим, что
и эта реакция имеет существенные ограничения со стороны заместителя в
положении 7, т.к. не идет при RF = C2F5, C3F7 и C4F9, а также при замене RF-группы
на Ме и CCl3-группы.


Схема 2

O
H OR
MeO O
OMe O
HSCH2CO2R
S
Et3N O
O O RF
O RF
OMe
OMe
9a?c 10a?f

HSCH2CO2R, Et3N Ac2O, H2SO4
O
RF OMe
OMe OAc
OMe
S
S
Ac
O
O O CF3
O O
OMe
OMe
11a, b 12

RF = CF3 (9a, 11a), CF2H (9b, 11b), (CF2)2H (9c);
при R = Et RF = CF3 (10a), CF2H (10b), (CF2)2H (10c);
при R = Me RF = CF3 (10d), CF2H (10e), (CF2)2H (10f)



В ИК спектрах соединений 10a–f наблюдаются интенсивные полосы погло-
щения в области 3420–3500 и 1730–1750 см–1, отвечающие валентным колеба-
ниям НО-группы и эфирного карбонила, а в спектрах ЯМР 1Н – два дублета
(JAX = 11.6–12.1 Гц) при ? 2.45–2.56 и 3.33–3.50 м.д. метиленовой группы и два
синглета при ? 4.25–4.31 и 5.85–5.92 м.д. метинового и гидроксильного протонов,
соответственно. Судя по данным спектров ЯМР 1Н, в которых присутствует только
один набор сигналов, реакция является высоко стереоселективной и приводит к
образованию одного диастереомера с цис-расположением заместителей в тиофа-
новом цикле и ВМВС между гидроксильным протоном и атомом кислорода
МеО-группы, что подтверждено данными рентгеноструктурного исследования [15].

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 97
Изучение возможности получения дигидротиенокумариновой системы из хро-
монов 9а–с показало, что при нагревании в запаянной ампуле (Et3N, 140–150°C,
1.5 ч) с эфиром 1a реагируют только фурохромоны 9а, b, которые с выходами
˜30% приводят к дигидротиенопсораленам 11а, b. Реакция бензофурановых произ-
водных 10a, b с 1а в аналогичных условиях также дала псоралены 11а, b (выходы
64 и 14%, соответственно), что указывает на интермедиатный характер соедине-
ний 10 в превращении келлинов 9 в псоралены 11. Жесткие условия, которые
требуются для проведения этих реакций, а также умеренные выходы продуктов,
свидетельствуют о повышенной устойчивости, полученной на основе фторкел-
линов 9 мостиковой структуры 10, что может быть связано со стабилизирующим
влиянием ВМВС. Ацетилирование 10d (Ас2О, конц. H2SO4, ˜20°С, 1 мин) дает
диацетильное производное 12.
Поскольку ключевой стадией изучаемой трансформации является образова-
ние кумариновой системы, происходящее при взаимодействии фенольного гид-
роксила со сложноэфирной группой, представляло интерес ввести в эту реакцию
8-азахромоны, при раскрытии пиронового кольца которых вместо фенольной
НО-группы появляется карбонильный атом кислорода амидной функции с пони-
женными нуклеофильными свойствами, что позволяло надеяться на выделение
продуктов линейного строения. Действительно, 8-аза-5,7-диметил-2-трифторметил-
хромон 13, полученный при конденсации 3-ацетил-4,6-диметил-2-пиридона с этил-
трифторацетатом в присутствии LiH [16], реагирует с эфирами 1a, b при 80°С в
течение 3 ч в присутствии Et3N (3 капли) с образованием бициклов 14a, b (схема 3).
При увеличении количества Et3N (0.5 мл) и времени реакции (10 ч) из азахромона
13 вместо 14a, b были выделены продукты их восстановления – пиридоновые
производные 15a, b, которые в тех же условиях образуются и из 14a, b.

Схема 3

O
OR
OH

S
N O CF3
O 14a, b
HSCH2CO2R,
HSCH2CO2R
Et3N
Et3N
N O CF3
CF3
O
13
S
O
N O
OR
15a, b
R = Et (a), Me (b)


Пленарные доклады
98
В ИК спектрах соединений 14a, b имеются полосы ?(ОН) = 3120–3150 см–1 и
?(СО) = 1730–1735 см–1, а характерной особенностью спектров ЯМР 1Н являются
СН2-группа в виде двух дублетов (JAX = 11.8 Гц) при ? 2.63 м.д. и 3.22 м.д. и
два синглета при ? 4.18 м.д. и 4.45 м.д. СН и ОН протонов соответственно. В
ИК спектрах соединений 15a, b наблюдаются интенсивные полосы поглощения
при 1725–1730 см–1 и 1660–1670 см–1, отвечающие сложноэфирной и кетонной
карбонильным группам, а в спектрах ЯМР 1Н – АВХ-система фрагмента СН2СН
(JAВ = 17.8, JAX = 10.2–10.3, JВХ = 3.8–3.9 Гц) и АВ-система СН2S-группы при
(JAВ = 14.6 Гц), что связано с наличием в их молекулах хирального центра.
Таким образом, на основании результатов, полученных при изучении взаимо-
действия фторкеллинов 9 и азахромона 13 с эфирами 1, можно предложить вероят-
ную схему превращения хромонов 7 в дигидротиенокумарины 8 (схема 4).

Схема 4

O
OEt
OH
O
O
S
R R
7
S OEt
O CF3
O
CF3 B
A

?
[H ]

CF3
SCH2CO2Et
O HO
S
CF3
8
R SCH2CO2Et R
CO2Et
OH
OH
?
C E
[H ]


CF3
O
O
S
R
OEt
OH
D

Реакция начинается с присоединения меркаптогруппы по атому С(2), а обра-
зующийся при этом аддукт А либо обратимо циклизуется в бицикл В, устойчивый
в случае келлинов 9, либо раскрывается в тиокеталь С, восстановление которого
под действием меркаптоэфира дает диэтил-3,4-дитиаадипат и интермедиат D.
Последний в результате двух внутримолекулярных циклизаций с участием кетон-
ной и сложноэфирной групп превращается в кумарин 8. Второе возможное направ-

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 99
ление реакции – восстановительное раскрытие бицикла B в интермедиат Е, кото-
рый либо циклизуется в кумарин 8 (хромоны 7), либо претерпевает ретроальдоль-
ный распад в эфир D (азахромон 13).
Легкая доступность дигидротиенокумаринов 8 делает их полезными субстра-
тами для получения важных с медицинской точки зрения продуктов. Селективное
окисление этих соединений до сульфоксидов и сульфонов представляется наиболее
привлекательным путем увеличения их реакционной способности. Нами показано
[17], что соединения 8a, b при обработке NO2 в запаянной ампуле (СHСl3, ˜20°С,
4 сут) селективно окисляются до сульфоксидов 16a, b (выходы 85–95%) (схема 5),
которые в условиях перегруппировки Пуммерера (Ас2О, 1 капля Н2SO4, кипячение
1–2 мин) гладко превращаются в тиено[2,3-c]кумарины 6a, b (выходы 84–90%).
В спектрах ЯМР 1Н этих соединений отсутствуют сигналы алифатических протонов,
а при ? ˜8.0 м.д. появляется квартет с 4JH,F ˜1.0 Гц тиофенового протона.

Схема 5
CF3
CF3

S
SO R
R
NO2 Ac2O
8a, b
H2SO4
CHCl3
O
O O
O
6a, b
16a, b
R = H (a), Me (b)

Окисление кумаринов 8 в ледяной АсОН, содержащей избыток Н2О2 (30%),
приводит к сульфонам 17, которые при кипячении с гидразингидратом в этаноле в
течение 2–15 мин с выходами 47–74% трансформируются в 3-гидразино-6-(2-гид-
роксиарил)пиридазины 18 (схема 6).
Схема 6
CF3
NHNH2
SO
R" R" N
H2O2
O N2H4 N
8a?f
AcOH
O
R' O R' OH
R R
18a?f
17a?f

NH2
O
N
NHNH2
O2N
O
S
O
O
N
R = R' = R" = H (a); R = R' = H, R" = Me (b);
H2N
R = R' = H, R" = MeO (c); R+R' = бензо, R" = H (d);
R = R' = H, R" = NO2 (e); R = R' = H, R" = NH2 (f) 19


Пленарные доклады
100
Строение соединений 18a–f установлено на основании данных элементного ана-
лиза, ИК, ЯМР 1Н и 13С спектроскопии и окончательно подтверждено рентгено-
структурным исследованием кристаллов соли пиридазина 18b с HClO4 [18]. Обна-
руженная реакция представляет несомненный интерес, т.к. делает доступными
многие производные 3-гидразинопиридазина, которые обладают различными ви-
дами биологической активности и составляют целую группу широко применяемых
лекарств [19].
Механизм превращения 17>18 не очевиден, а для выяснения его некоторых
аспектов очень полезной оказалась реакция N2H4 с нитросульфоном 17е, при
проведении которой в более мягких условиях (˜20°С, 30 мин) удалось выделить
индивидуальное вещество состава C12H15N7O6S, разлагающееся при нагревании
выше 200°С с выделением SO2. Кипячение этого соединения в спирте в присутствии
N2H4 или NH3 приводит к пиридазину 18е, что указывает на его промежуточный
характер. Поскольку кристаллы выделенного интермедиата оказались непригод-
ными для рентгеноструктурного исследования, его бензоциклононеновая струк-
тура 19 была установлена на основании данных ИК, ЯМР 1Н и 13С спектров [18].
Мы полагаем, что реакция начинается с атаки кетогруппы сульфона 17 моле-
кулой N2H4, которая через стадии присоединения–отщепления ведет к замене
карбонильного атома кислорода, входящего в состав сложноэфирной группы, на
гидразогруппу (схема 7).


Схема 7


CF3 CF2
O O
S S
N2H4 O
O
17 R R
?HF ?2H
O O
NNH2 NNH2



O
NH2
NHNH2
NH2 O
N
O
HN NHNH2
S
O O
R S
R
O ?SO2
O NNH2 O
N
H2N
19




Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd. 101
O

NHNH2
N
18
R
NH2 ?AcNHNH2
O

NNH2


На первый взгляд такое превращение выглядит весьма неожиданным, однако
ранее было показано [20], что реакция N2H4 с производными кумарина, имеющими
в положениях 3 и 4 гетероциклическое кольцо, протекает по карбонилу и ведет к
получению соответствующих гидразонов. Последующие гидразинолиз и гидролиз

<<

стр. 4
(всего 21)

СОДЕРЖАНИЕ

>>