Взаимодействие метилфеофорбида а с диэтаноламином

Взаимодействие метилфеофорбида а с диэтаноламином

УДК 547.979.733

Взаимодействие метилфеофорбида а с диэтаноламином

Тулаева1+ Людмила Анатольевна, Кустышева1 Елена Анатольевна, Белых2* Дмитрий Владимирович

1Кафедра химии. Институт естественных наук. ФГБОУ ВО «Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина». Ул. Петрозаводская, 120, г. Сыктывкар, 167000, Республика Коми, Россия. Тел.:[phone].E-mail: *****@***ru

2Лаборатория органического синтеза и химии природных соединений. Институт Химии Коми научного центра Уральского отделения РАН. Ул. Первомайская, 48, г. Сыктывкар, 167000, Республика Коми, Россия. Тел.: [phone]. E-mail: *****@***ru

  ______________________________________________

  * Ведущий направление; +Поддерживающий переписку

Ключевые слова: метилфеофорбид а, амиды хлорина е6, экзоцикл метилфеофорбида а, диэтаноламин, моноэтаноламин, пурпурин 18, N-гидроксиэтилимид пурпурина 18, реакция нуклеофильного замещения.

Аннотация

C целью синтеза амида метилфеофорбида а с двумя гидроксильными группами в молекуле, изучено взаимодействие метилфеофорбида а с диэтаноламином. Реакция раскрытия экзоцикла метилфеофорбида а диэтаноламином идет с образованием целевого продукта − третичного амида 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметилового эфира хлорина e6, содержащего в молекуле 2 гидроксильные группы и побочного продукта − N-гидроксиэтилимида пурпурина 18. Образование циклоимида, по всей видимости, происходит при действии этаноламина, присутствующего в небольших количествах в диэтаноламине, на метиловый эфир пурпурина 18, который может образоваться при окислении метилфеофорбида а в присутствии основания.

Введение

Известно, что производные хлорофилла являются перспективными соединениями с точки зрения использования в качестве фотосенсибилизатора (ФС) для фотодинамической терапии (ФДТ) различных заболеваний, в том числе онкологических. Введение на периферию хлоринового цикла гидроксильных групп должно повысить гидрофильность соединения в целом и может способствовать повышению тропности хлорина к злокачественным новообразованиям [1]. В связи с этим представляет интерес синтез амидных производных хлоринового ряда, содержащих гидрофильные группы. Реакция размыкания экзоцикла метилфеофорбида а при действии аминов позволяет синтезировать амидные производные хлорина е6, причем заместители при атоме азота амина оказываются присоединенными амидной связью к макроциклу. В частности, реакция с аминоспиртами дает производные с гидроксильной группой [2]. Эта реакция не требует дополнительной активации исходного соединения, идет обычно в мягких условиях и с хорошими выходами. Проведение такой реакции с диэтаноламином, содержащим две гидроксильные группы, позволило бы в одну стадию внедрить две гидроксильные группы что может способствовать повышению общей гидрофильности соответствующего производного. В связи с этим цель исследования заключалась в изучении взаимодействия метилфеофорбида а с диэтаноламином по реакции нуклеофильного раскрытия экзоцикла Е и синтеза 13-амидного производного хлорина е6 с двумя гидроксильными группами.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н и 13С полученных веществ записывали на приборах Bruker AMХ-400 (рабочая частота 400 МГц), и TESLA BS 587A (рабочая частота 80 МГц) в дейтерохлороформе, ДМФА или дейтерированной воде. ИК-спектры были записаны на приборе “Specord M 80” и MIR-8000(ORIEL) в таблетках KBr (навеска порядка 1-1.5 мг). Электронные спектры поглощения (ЭСП) были записаны на спектрофотометре Lambda 20, фирмы Perkin Elmer в области 350-750 нм. в хлороформенном растворе. Метилфеофорбид а (1) получен согласно [3].

  13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметилового эфира хлорина е6 (2)

К раствору 100 мг метилфеофорбида а в 6 мл хлороформа прибавляли 0.98 мг диэтаноламина. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 6 часов. За ходом реакции и образованием продукта следили методом ТСХ (Silufol, ССl4-ацетон 3:2). Далее реакционную смесь разбавляли 100 мл хлороформа, избыточный диэтаноламин отмывали разбавленной соляной кислотой (массовая доля HCl 1-2%). Затем органическую фазу промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивали над безводным сульфатом натрия и упаривали при пониженном давлении при температуре 40-50 °С. Остаток после упаривания анализировали методом ТСХ (Silufol, ССl4-ацетон 3:2). Затем обрабатывали пентаном, для того чтобы полученный продукт не окислился на воздухе. Пентан декантировали, а осадок, содержащий 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметиловый эфир хлорина e6, растворяли в 20 мл хлороформа. Эту смесь наносили на колонку с силикагелем (колонку наполняли «мокрым способом» с ССl4), элюировали смесью ССl4 : ацетон в соотношении 20 : 1 (по объему). Элюат, содержащий основное вещество, упаривали. Остаток после упаривания переосаждали из хлороформа с пентаном. Получили 16 мг 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметилового эфира хлорина e6. Выход данного амида составил 10 % от теоретического, при конверсии метилфеофорбида а 88%. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, 400 МГц), д, м. д. (2), преобладающий изомер: 9.60 (с 1Н, Н10), 9.55 (с 1Н, Н5), 8.80 (с 1Н, Н20), 8.12-7.92 (м. 1Н, Н3(1)), 6.29 (уш. д. 1Н, 20 Гц, Н3(2)-транс), 6. 08 (уш. д.1Н, 12 Гц, Н3(2)-цис), 5.54 (д.1Н, 16 Гц, Н15(1)-СН2), 5.26 (д.1Н, 16 Гц, Н15(1)-СН2), 4.46 (уш. кв.1Н, 8 Гц, Н18), 4.38 (уш. д., 8 Гц, Н17), 3.70 (С ЗН, Н15(3)-СН3), 3.59(с ЗН, Н17(4)-СН3), 3.48(с ЗН, Н12(1)-СН3), 3.46 (с ЗН, Н2(1)-СН3), 3.22(с ЗН, Н7(1)-СН3), 3.64-3.77(м. 2Н, Н8(1)-СН2), 3.27 (м. 2Н, N13(2)-СН2) 3.40 (м. 2Н,  N13(2)-СН2), 2.07-2.61 (м. 6Н, Н17(1) 17(1'), 17(2) 17(2') 13(3)СН2-ОН) 1.48-1.87 (м. 6Н, Н17(1) 17(1'), 17(2) 17(2') 13(3)СН2-ОН), 1.65(т. 3Н, 8Гц, Н8(2)-СН3), 1.71 (д. 3Н, 8 Гц, Н18(1)-СН3), -1.68 (уш. с., 1-NH), -1.86 (уш. с., III - NH). Минорный компонент: 9.61 (с 1Н, Н10), 9.48(с 1Н, Н5), 8.65 (с 1Н, Н20), 8.12-7.92 (м. 1Н, Н3(1)), 6.31 (уш. д. 1Н, 20 Гц, Н3(2)-транс), 6. 12 (уш. д.1Н, 12 Гц, Н3(2)-цис), 5.49 (д.1Н, 16 Гц, Н15(1)-СН2), 5.05 (д.1Н, 16 Гц, Н15(1)-СН2), 4.46 (уш. кв.1Н, 8 Гц, Н18), 4.32 (уш. д., 8 Гц, Н17), 3.73 (С ЗН, Н15(3)-СН3), 3.62 (с ЗН, Н17(4)-СН3), 3.48 (с ЗН, Н12(1)-СН3), 3.46 (с ЗН, Н2(1)-СН3), 3.22(с ЗН, Н7(1)-СН3), 3.64-3.77(м. 2Н, Н8(1)-СН2), 3.27 (м. 2Н, N13(2)-СН2) 3.40 (м. 2Н,  N13(2)-СН2), 2.07-2.61 (м. 6Н, Н17(1) 17(1'), 17(2) 17(2') 13(3)СН2-ОН) 1.48-1.87 (м. 6Н, Н17(1) 17(1'), 17(2) 17(2') 13(3)СН2-ОН), 1.65(т. 3Н, 8Гц, Н8(2)-СН3), 1.71 (д. 3Н, 8 Гц, Н18(1)-СН3), -1.68 (уш. с., 1-NH), -1.90 (уш. с., III - NH). ИК (см-1, KBr): 1634 (полоса «амид I»), 1608 («хлориновая полоса»), 1566, 1544, 1350, 1328, 736 (скелетные колебания хлоринового цикла), 1740 (νС=О), 1202 (δasC=O), 1006 и 1066 (δsС=О), 1350 (δs(СН3 в СО2СН3)). Колебания винильной группы: 1400 (δпл.(СН2)), 988 и 916 (δвнепл С-Н) , 900 (δ С=С) , Колебания алифатических заместителей: 2964 (ν(-СН3)), 2936 (ν(-СН2-)), 14861 (δножн (-СН2-)), 1400 (δas(-СН3)). ЭСП (CHCl3; λ, нм): 665, 613, 560, 538, 510, 406.

Побочный продукт N - гидроксиэтилимид пурпурина 18 (3): спектр ЯМР 1Н (CDCl3, 300 МГц),  д, м. д. (3): 9.52 (с 1Н, Н10), 9.29 (с 1Н, Н5), 8.54 (с 1Н, Н20), 7,86 (д. д. 1Н, 20 и 12 Гц Н3(1)), 6,26 (д. д. 1Н, 20 Гц, Н3(2)-транс), 6. 14 (д. д.1Н, 12 Гц, Н3(2)-цис), 4.34 (кв.1Н, 8 Гц, Н18), 5.29 (уш. д. 1Н, 8 Гц, Н17), 4,76 (уш. т. 1Н, 8 Гц), 4,21 (уш. т. 1Н, 8 Гц), 3.58 (с ЗН, Н17(4)-СН3), 3.76 (с ЗН, Н12(1)-СН3), 3.33 (с ЗН, Н2(1)-СН3), 3.12(с ЗН, Н7(1)-СН3), 3.66-3.50 (м. 2Н, Н8(1)-СН2), 1,88-2,80 (м. 10Н, Н17(1), 17(1'),17(2), 17(2')), 1.64 (т. 3Н, 16 Гц, Н8(2)-СН3), 1.74 (д. 3Н, 8 Гц, Н18(1)-СН3), 0.09 (уш. с., 1-NH), -1.71 (уш. с., III − NH).

ЯМР 13С (CDCl3, 400 МГц) д, м. д. (J, Гц):11.045 (С-7(1)), 11.937 (С-2(1)), 12.470 (С-12(1)), 17.434 (С-8(2)), 19.355(С-8(1)), 23.947 (С-18(1)), 29.707 (С-17(2)), 31.361 (С-17(1)), 32.538, 42.909, 49.152 (С-18), 51.581 (С-17(4)), 54.950 (С-17), 63.193, 94.775 (С-20), 95.794, 91.213 (С-5), 102.780 (С-10), 107.197 (С-15), 115.458 (С-3(2)), 123.198 (С-13), 128.594 (С-3(1)), 131.241 (С-12), 131.696 (С-2), 136.134 (С-7), 136.357 (С-4), 137.153 (С-3), 137.648 (С-11), 139.671 (С-1), 143.251 (С-8), 145.550 (С-19), 149.868 (С-9), 155.607 (С-6), 164.296 (С-16), 168.770, 173.745 (С-17(3)), 175.93 (С-13(1)), 176.932 (С-13(2)). Химические сдвиги (м. д.), CDCl3, 400 МГц, отнесение сигналов побочного продукта было проведено при сравнении со спектрами м. э. пурпурина 18, пурпурина 18 и пурпурина 7 [4].

ИК (см-1, KBr): 1608 («хлориновая полоса»), 1546, 1532, 1354, 1310, 734 (скелетные колебания хлоринового цикла), 1742 (νС=О), 1242 (δasC=O), 1006 и 1056 (δsС=О), колебания с участием С-О в сложноэфирной группе: 1172, 1366 (δs(СН3 в СО2СН3)). Колебания винильной группы: 1400 (δпл.(СН2)), 988 (δвнепл С-Н), 900 (δ С=С), колебания алифатических заместителей: 2972 (ν(-СН3)), 2936  (ν(-СН2-)), 1438 (δas(-СН3)), колебания карбонильной  группы в циклических имидах 1688 и 1650 (νС=О). ЭСП (CHCl3; λ, нм): 713, 667, 555, 508, 422, 408.

Результаты и их обсуждение

C целью синтеза амида метилфеофорбида а с двумя гидроксильными группами в молекуле было изучено взаимодействие метилфеофорбида а (1) с диэтаноламином. Как и ожидалось, произошло раскрытие экзоцикла метилфеофорбида а с образованием третичного амида (2), содержащего в молекуле 2 гидроксильные группы (рис. 1).

Рисунок 1. Схема образования из метилфеофорбида а (1) 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметилового эфира хлорина е6 (2) и N - гидроксиэтилимид пурпурина 18 (3)

Выход амида (2) при проведении реакции в хлороформе составил 10%. В ТГФ реакция не происходила. Раскрытие экзоцикла Е (1) и образование (2) подтверждено данными ИК, электронной (UV-Vis), и ЯМР 1Н спектроскопии. По сравнению с ИК-спектром метилфеофорбида а (1), в спектре синтезированного соединения отсутствует полоса валентных колебаний 13(1) карбонильной группы экзоцикла и появляются полосы «амид-I» (1634 см-1 ) и «амид-II» (1544 см-1 ), что свидетельствует о раскрытии экзоцикла Е и образовании третичного амида. В спектре ЯМР 1Н полученного соединения отсутствует синглет протона в положении 13(1) и в области 5-6 м. д. наблюдаются сигналы АВ-системы, образующейся в результате раскрытия экзоцикла метиленовой группы в положении 15(1). Так же как и в случае других, полученных ранее третичных 13-амидов хлорина е6 [5,6], спектр ЯМР 1Н продукта взаимодействия (1) с диэтаноламином можно интерпретировать как наложение сигналов двух атропоизомеров, отличающихся взаимным расположением макроцикла и амидной группы. Накладывающиеся спектры совпадают по количеству сигналов и их мультиплетности, и отличаются только химическими сдвигами сигналов. Изменения электронного спектра поглощения продукта реакции по сравнению с исходным соединением (уменьшение интенсивности полосы поглощения в области 540 нм) соответствует переходу от форбинового хромофора к хлориновому, что так же подтверждает раскрытие экзоцикла Е метилфеофорбида а.

Наряду с амидом (2) было выделено соединение, которому на основании данных ИК, электронной (UV-Vis) и ЯМР спектроскопии было приписано строение N-2-гидроксиэтильного замещенного имида пурпурина 18 (3). В спектре ЯМР 1Н побочного продукта (3) по сравнению со спектром (1) отсутствует синглет протона в положении 13(2) и появляются два уширенных триплета двух протонов в области 4,76 м. д. и 4,21 м. д., которые могут быть отнесены к сигналам метиленовой группы в фрагменте моноэтаноламина. Интенсивность этих сигналов соответствует наличию в молекуле одного фрагмента моноэтаноламина. Данные спектроскопии ЯМР 13С подтверждают наличие в молекуле исследуемого соединения фрагмента –СН2СН2ОН, так как при 29.71 м. д. и 63.19 м. д. присутствуют дополнительно два сигнала, соответствующие атомам углерода фрагмента моноэтаноламина. В ИК-спектре исследуемого соединения проявляются полосы поглощения трех карбонильных групп в области 1742 см-1, 1688 см-1, 1650 см-1. Полоса поглощения при 1742 см-1 характерна для валентных колебаний группы С=О в сложноэфирной группе. Остальные полосы поглощения могут отвечать двум карбонильным группам циклоимидного фрагмента. В спектре также присутствует полоса поглощения при 1608 см-1, известная как «хлориновая полоса». В ЭСП побочного продукта (3) полоса I сдвинута в длинноволновую область (713 нм) по сравнению с исходным метилфеофорбидом а (668 нм). В ЭСП аналогичных циклоимидов, полоса I располагается в той же области [7].

Образование циклоимида (3) возможно при действии моноэтаноламина, присутствующего в небольших количествах в виде примесей в диэтаноламине [8], на метиловый эфир пурпурина 18, который в свою очередь может образоваться при окислении (1) (см. рис. 1).

Заключеиие

Таким образом, с использованием реакции нуклеофильного раскрытия экзоцикла Е метилфеофорбида а диэтаноламином получен 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметиловый эфир хлорина е6. Строение 13-N, N-ди-(2-гидроксиэтиламид)-15,17-диметилового эфира хлорина е6 подтверждено данными ЯМР 1Н, ИК и электронной (UV-Vis) спектроскопии. Установлено, что при реакции нуклеофильного раскрытия экзоцикла Е метилфеофорбида а с диэтаноламином протекает побочная реакция, приводящая к образованию N-гидроксиэтилимид пурпурина 18. Структура побочного продукта установлена на основании данных ЯМР 1Н и 13С, а так же ИК и электронной (UV-Vis) спектроскопии.

Литература

[1] Chemical transformations of bacteriochlorophyll a and its medical applications M. A. Grin and A. F. Mironov Russian Chemical Bulletin, International Edition, Vol. 65, No. 2, pp. 333—349, February, 2016.

[2] , , Синтез  гидроксипроизводных хлорина е6. Макрогетероциклы. 2017. 10(1). С. 81-83.

[3] Belykh D. V., Tarabukina I. S., Gruzdev I. V., Kuchin A. V. Aminomethylation of chlorophyll a phorbine derivatives using bis(N, N-dimethylamino)methane. Macroheterocycles. 2010. Vol. 3. № 2–3. PP.145 -149.

[4] Выделение производных хлорофилла из растительного сырья и синтез амидов хлорина е6. Дисс. канд. хим. наук. Сыктывкар. 2001.

[5] , , Синтез амидных производных хлорина е6. Журнал органической химии. 2007. Т.43. Вып.1. С.120 -128.

[6] , , Атропоизомерия 13-N, N-диметиламида-15,17-диметилового эфира хлорина е6 по данным РСА, спектроскопии ЯМР 1Н и ВЭЖХ Журнал общей химии. 2010. Т.80. №11. С.1919 -1923.

[7] Lee S. Y., Yagerovich N., Smith K. M. Use of the chlorophyll derivative purpurin 18 for synthesis for use in photodynamic therapy. J. Chem. Soc. Perkin Trans 1. 1993. P. 2369-2377.

[8] Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2, Москва: Химия. 1991. C.730.