Pirroloizokinolin-, indolizino[8,7-b]indol- és fenantridonvázas alkaloidok és analogonjaik szintézise

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék Pirroloizokinolin-, indolizino[8,7-b]indol- és fenantridonvázas alkaloidok és analogonjaik szintézise Ph.D. dolgozat Készítette: Szántó Gábor Témavezető: Dr. Kádas István Konzulens: Dr. Szöllősy Áron Budapest 2009.

2 Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani Dr. Keglevich György tanszékvezető egyetemi tanárnak, hogy lehetővé tette a tanszéken a doktori dolgozatom elkészítését, Dr. Tóth Gábor egyetemi tanárnak, tudományos tanácsadónak, Dr. Simon András posztdoktori ösztöndíjasnak és konzulensemnek, Dr. Szöllősy Áronnak értékes tanácsaikért, az NMR-spektrumok interpretálásában nyújtott segítségükért. Köszönettel tartozom Dr. Bitter István egyetemi tanárnak a hasznos tanácsokért, Dr. Grün Alajos adjunktusnak a királis HPLC-mérések kivitelezéséért, Dr. Hegedűs László adjunktusnak a hidrogénezési kísérletek kivitelezéséért és Dr. Schindler József tudományos segédmunkatársnak a hasznos tanácsaiért. Végül, de nem utolsó sorban legnagyobb hálával témavezetőmnek, Dr. Kádas István c. egyetemi docensnek tartozom a türelméért, támogatásáért, hasznos tanácsaiért, segítségéért, amit az elmúlt 7 év alatt tőle kaptam. 2

3 A dolgozatban szereplő reagensek rövidítéseinek jegyzéke p-absa: p-acetamidobenzolszulfonil-azid PTSA: p-toluol-szulfonsav DEAD: Dietil-azodikarboxilát NM: N-Metil-morfolin-N-oxid DBU: 1,8-Diazabiciklo[5.4.0]undec-7-én NBS: N-Bróm-szukcinimid DIPHS: Difenilfoszfinoetán TFA: Trifluorecetsav DIBAL: Diizobutil-alumínium-hidrid DPPA: Difenilfoszforil-azid TBAF: Tetrabutilammónium-fluorid DIAD: Diizopropil-azodikarboxilát TBSTf: terc-butildimetilszilil-trifluormetánszulfonát DMAP: 4-Dimetilamino-piridin TBSCl: terc-butildimetilszilil-klorid TPAP: Tetrapropilammónium-perrutenát PPA: Polifoszforsav MCPBA: meta-klór-peroxibenzoesav TEA: Trietilamin HMPA: Hexametilfoszforsavtriamid PDC: Piridinium-dikromát 3

4 1. Tartalomjegyzék 1. Tartalomjegyzék Bevezetés Irodalmi rész Ciklikus azometin ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciójának irodalma ,3-dipoláris cikloaddíciók Az azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciói A nemmetallált, stabilizált azometin-ilidek szintéziseinek lehetőségei Az azometin-ilidek cikloaddíciós reakciói Az általunk vizsgált cikloaddíciók útján előállítható policiklusok, valamint az azokkal analóg származékok irodalma Fenantridon-alkaloidok A fenantridon-alkaloidok előfordulása Fenantridon-vázas alkaloidok izolálása természetes forrásból és korai biológiai vizsgálataik A fenantridon-alkaloidok előállítása totálszintézissel A várhatóan hatásos analogonok előállítása Saját munka Célkitűzés és munkahipotézis Az 1,3-dipoláris cikloaddíció vizsgálata ciklikus azometin-ilideken A cikloaddíciós reakciók kivitelezése malein- és fumaronitrillel, valamint a termékek szerkezetének igazolása [180] A ciklikus azometinek kvaternerezési reakciója során lejátszódó dimer-jellegű cikloadduktokat eredményező reakció vizsgálata Az Amaryllidaceae alkaloidok családjába tartozó 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin és analogonjai szintézise (±)-7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin sztereoszelektív totálszintézise [186] ent-(-)-7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin sztereoszelektív totálszintézise [195] Fenantridon-vázas alkaloid analogonok szintézise A nitrometán Michael-addíciója különbözőképpen szubsztituált kalkonokra a Jørgensen-féle organokatalizátor alkalmazásával Kísérletek részletes leírása ,3-Dipoláris cikloaddíciós reakció vizsgálata során készült vegyületek szintézise Az ilidek prekurzorainak előállítása Cikloaddíciós reakciók fumár- és malononitrillel A dimer-jellegű cikloadduktok előállítása A fenantridon-vázas alkaloidok és analogonjaik szintézise A (±)-7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin (68) szintézise Az enantioszelektív organokatalizátor előállítása és a nitrometán benzilidénacetonokra történő enantioszelektív Michael-addíció kivitelezése A (-)-dezoxi-transz-dihidronarciklazin enantioszelektív totálszintézise A 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin analogonjainak szintézise A nitrometán kalkonokra történő enantioszelektív Michael-addíciójának vizsgálata Összefoglalás Irodalomjegyzék Függelék

5 2. Bevezetés Az alkaloidok ismerete és alkalmazása egyidős az emberiség írott történelmével. Ismeretes, hogy közel négyezer éve használatosak alkaloidtartalmú növényi kivonatok gyógyítási célokra [1]. Kémiai szempontból jelentős áttörés volt, amikor évszázadokkal később, a XIX. század első éveiben elsőként sikerült egy alkaloid izolálása és azonosítása Sertürner-nek, aki ópiumból vonta ki a morfint [2]. A XX. század végére már több ezer alkaloid szerkezete volt ismert. Azonban a jelentőségük túlnőtt a gyógyászati alkalmazásukon, mivel szerkezetük megismerése és származékaik elkészítése során lehetőség nyílt arra, hogy a kutatók különféle hatás-szerkezet összefüggéseket derítsenek fel. Ily módon az eredetitől eltérő hatású, némely esetben az eredetivel megegyező hatású, azonban a természetesnél hatásosabb molekulák szintézisére nyílt lehetőség. Az így szintetizált vegyületek közül kerültek ki azok, amelyeket azután később gyógyszerré fejlesztettek. Ugyanakkor számos esetben a természetes alkaloidok szintézise gazdaságosabbnak bizonyult, mint a természetes forrásból történő izolálásuk. Mindezeket a korábbi felismeréseket figyelembe véve, a BME Szerves Kémiai Technológia tanszékén több évtizede foglalkoznak különböző új, várhatóan citosztatikus hatású alkaloidszármazékok, közöttük a fenantridon-vázzal rendelkező Amaryllidaceae alkaloidok szintézisével [3-5]. Több, mint két évtizedes múltra tekint vissza a Tőke László akadémikus kezdeményezésével indított ciklikus azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddícióinak kutatása is [6-13]. Diploma-, majd később a doktori munkám során ezekbe a kutatásokba kapcsolódtam be, mindkét tématerületen a szerves kémiai szintetikus munka alapvető célja a várhatóan citosztatikus hatású alkaloid-analogonok előállítása. Először ciklikus azometin-ilidek cikloaddícióinak vizsgálatát kaptam feladatul, amelynek során a potenciálisan citosztatikus cikloadduktok szintézisét tűztük ki célul, amelyek egyúttal pirrokolin és indolizino[8,7-b]indol-vázas alkaloidok analogonjai. Ezt követően munkámat kiterjesztettem az egyik legjelentősebb citosztatikus hatású alkaloid csoport, a fenantridon-vázas Amaryllidaceae alkaloidok és származékaik szintézisének vizsgálatára. Ennek keretében több, a természetben előforduló fenantridonvázas alkaloiddal analóg vegyület szintézisét, valamint egy jelentős citosztatikus aktivitással rendelkező természetes képviselő, a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin teljes szintézisét tűztük ki célul. A szóban forgó természetes fenantridon alkaloidon kívül, reményeink szerint, a többi szintetizált analóg vegyület is rendelkezik citosztatikus hatással, amelyek biológiai vizsgálatára dolgozatom elkészülte után fog sor kerülni. Doktori dolgozatom bevezetést követő fejezetében az általam szintetizált vegyületekhez kapcsolódó irodalomról készítettem áttekintést, külön ismertetve az 1,3- dipoláris cikloaddíció kémiáját és alkalmazási lehetőségeit a korábbiakban említett pirroloizokinolin- és indolizino[8,7-b]indol-vázas alkaloidok szintézisében, valamint röviden áttekintve az Amaryllidaceae alkaloidok családjába tartozó fenantridon-vázas képviselők kémiai és biológiai vonatkozású irodalmát. A következő fejezetben munkám célkitűzéseinek ismertetése után a szintetikus munkám során követett módszereket, valamint kísérleteim általános leírását és eredményeit foglalom össze. A következő részben a kísérletek részletes leírását tárgyalom, majd dolgozatom végén a teljes munkámról egy rövid összefoglalást adok, végül disszertációmat irodalomjegyzékkel zárom le. Néhány jellemző vegyület NMR-adatait, amelyek nagy terjedelmű táblázatban kerültek ismertetésre, az összefoglalást követő függelékben adtuk meg. 5

6 3. Irodalmi rész 3.1. Ciklikus azometin ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciójának irodalma ,3-dipoláris cikloaddíciók Az 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciók a szerves kémia legalapvetőbb folyamataihoz tartoznak [14], nagy hatékonyságú és megbízható metodológiát biztosítanak öttagú heterociklusos gyűrűk regio- és sztereoszelektív előállításához [15-19]. Különösen az azometin-ilidek alkénekkel történő 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciói nyújtják a legjobb módszert különböző pirrolidinek sztereoszelektív előállításához [20-24], amelyek fontos építőkövei számos természetes anyagnak és gyógyhatású molekulának [25-34]. Az 1,3-dipoláris cikloaddíciók a periciklusos reakciók körébe tartozó, a Diels-Alder reakcióval rokon folyamatok, amelyek mechanizmusát, szelektivitási sajátosságait kvantumkémiai alapelvek határozzák meg, összhangban az ezekre vonatkozó, Woodward- Hoffmann és Fukui által kidolgozott szabályokkal [35-36]. 1,3-dipoláris cikloaddíción egy oktett-szerkezetű ikerion (1,3-dipól), és egy kettős vagy hármas kötést tartalmazó rendszer (dipolarofil) reakcióját értjük. Ez a [3+2] cikloaddíció a σ- kötések számának a π-kötésének rovására történő növekedésével jár és öttagú gyűrűs vegyületeket eredményez: 1,3-dipól a b c dipolarofil d e d e Valamennyi lehetséges esetben a, b és c közül legalább az egyik heteroatom, ezért a létrejövő cikloaddukt mindenképpen egy öttagú heterociklusos molekula. Az 1,3-dipól a következő fő típusokba tartozhat: a b c a b c a b c a b c a b c a b c a b c 6

7 Néhány példa a fentieknek megfelelő dipólusokra: nitril-oxidok: diazo-alkánok: C N C N N N C N N C azometin-ilidek: C N C C N C azometin-iminek: C N N C N N nitronok: C N C N A dipolarofilek a Diels-Alder reakcióban szereplő dienofilekkel teljesen azonos körből kerülhetnek ki. Néhány példa ilyenekre: A következőkben csak a doktori munkám során vizsgált azometin-ilidekkel fogalkozom Az azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciói Az azometin-ilidek a C-N-C egység ikerionos formájával reprezentálhatók, amely 4 elektronnal rendelkezik, három párhuzamos atomi π-pályáján, amelyek merőlegesek a dipól síkjára, ily módon ívelt szerkezetet biztosítva ennek az anion-típusú 1,3-dipólnak [37]. Az azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakcióinak jellemző sztereokémiai tulajdonságai nagyobb részt az így jellemzett szerkezeti adottságnak tudhatók be. Mindezek alapján ennek a dipólnak négy rezonanciahibridje vezethető le, amelyek közül kettő oktett-, kettő pedig szextett szerkezetű. A felsorolt lehetőségek az 1. ábrán láthatók. oktett-szerkezetek C N C C N C szextett-szerkezetek C N C C N C 1. ábra 7

8 Legáltalánosabban azzal a szerkezettel szokták jellemezni az azometin-ilideket, amelyben a központi nitrogénatomon van a pozitív töltés és a negatív töltés a két terminális szénatom között oszlik meg. A szénatomokon található szubsztituensek száma és jellege meghatározza a negatív töltés részarányát az atomokon. Alternatív magyarázat lehet az általános szerkezetre az a verzió, amelyben négy allilhelyzetű π-elektron lokalizálódott a központi nitrogénatomon, semlegesítve annak pozitív töltését, egyúttal létrehozva szextettes elrendeződést a terminális szénatomokon [38]. Az azometin-ilidek egy π-rendszerrel történő 1,3-dipoláris cikloaddíciójában mind a 6 elektron részt vesz, és maga a reakció egy termikusan meghatározott szuprafaciális folyamatként halad előre, a Woodward-Hoffmann szabályoknak megfelelően [39-41]. Annak ellenére, hogy általában az ilyen típusú cikloaddíciók koncertikusnak tekinthetők, amikor is mindkét új szén-szén σ-kötés egyidejűleg jön létre, bizonyos esetekben szinglet diradikális, vagy ikerionos intermedieren át haladó folyamatként is értelmezhetők [42]. Azonban erős bizonyítékok léteznek, amelyek a koncertikus mechanizmus mellett szólnak, ezek közül legfontosabb a cikloaddíciók sztereospecifikus volta, amelyet leginkább az alkén-típusú dipolarofil E,Z-geometriájának a képződő pirrolidin gyűrűben történő megőrződése támaszt alá. Különböző elektronpályák CND/2π energiaszámításai alapján az elektrongazdag azometineknek, amelyek viszonylag nagy energiájú HM-val és LUM-val jellemezhetők, nagyobb a reakciókészségük elektronhiányos alkénekkel szemben a szűk HM dipól - LUM dipolarofil energiarés miatt [43]; azonban ez nem szükségszerűen nyilvánvaló minden esetben, különösen intramolekuláris cikloaddíciók esetében, amelyek könnyen végbemennek aktiválatlan alkénekkel is. Sustman [43], Houk [44-46] és Bastide [47-49] az 1,3-dipoláris cikloaddíciók reaktivitását és regiokémiáját a dipólok és dipolarofilek közötti FM energiákkal magyarázzák, és azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddícióit egyes típusú osztályba sorolják, amelyben a domináns FM kölcsönhatás a HM dipól és a LUM alkén között a 2. ábrán látható (HM-kontrollált reakció, amelyet a folytonos vonal mutat). 2. ábra A HM-kontrollált reakciók a dipólban lévő elektronküldő szubsztituensekkel és a dipolarofilben szereplő elektronszívó szubsztituensekkel gyorsíthatók [44]. Az azometin ilidek 1,3-dipoláris cikloaddícióinak regioszelektivitása a dipólok HM és LUM π-pályáinak terminális együtthatóinak eltérő nagysága alapján jósolható meg, és a reakció iránya arra fog mutatni, amerre a maximális FM átlapolás jön létre a legközelebbi energiájú pályák között [50-51]. Az A jelű átmeneti állapot stabilisabb, mint a B jelű, miután az előbbi esetben nagyobb a koefficiensek átfedése, amelyet a terminális koefficiensek határoznak meg (3. ábra). 8

9 C N C C N C A B B A A B 3. ábra Az a regioizomer fog nagyobb valószínűséggel képződni, amelyhez vezető átmeneti állapotban a megfelelő atomok közötti koefficiens-átlapolás nagyobb [50], ez az átmeneti állapotok közötti igen kis energiakülönbségek (0,1-5 Kcal/mol) ellenére fog bekövetkezni. Általánosságban elmondható, hogy azometin ilidek cikloaddíciója során mindkét regioizomer képződési sebességének növekedése a megfelelő azometin-ilid terminális atomjai negatív töltéstöbbletének tulajdonítható, amely a dipolarofil kettős kötéses szénatomjait negatívabbá vagy pozitívabbá teszi. Azonban intramolekuláris cikloaddíciók esetén az említett konformációs kényszerek általában csak egy kitüntetett regioizomer képződését segítik elő. Az azometin-ilidek 1,3-dipoláris cikloaddíciójának a végeredménye sztereokémiai szempontból függvénye a dipólok és dipolarofilek geometriájának, például a képződő pirrolidin gyűrű 2,5-sztereokémiája az ilid geometriájából következik, ugyanakkor a 3,4- sztereokémiája a dipolarofil alkén geometriája következtében jön létre. A 2,5-cisz-diszubsztituált pirrolidin a W- és U-alakú dipólok lévén jön létre, míg a 2,5-transzdiszubsztituált termék a két lehetséges S alakú ilidből keletkezik (4. ábra). 4. ábra Emellett az ilidek izomerizációja sztereoizomerek keletkezését eredményezheti. Hasonlóképpen 3,4-cisz-diszubsztituált pirrolidin termék származtatható a cisz-diszubsztituált alkenil dipolarofilekből és 3,4-transz-diszubsztituált termékek keletkeznek a transz-alkenil dipolarofilekből a cikloaddíciós reakció koncertikus voltának megfelelően. Ezen túlmenően a cikloaddíciók normál esetben akkor sztereoszelektívek, amikor a dipolarofil szubsztituense(i) általánosságban átveszik az endo-orientációt az izoelektronos Diels-Alder reakciókkal analóg módon. 9

10 Az azometinek csoportosíthatók (a) nemstabilizált, (b) nemmetallált, stabilizált (c) N- metallált, stabilizált típusúakként, amelyeknek eltérőek az elektronikus tulajdonságaik. A legfőbb módszerek ezeknek az in situ előállítására szkematikusan következőképp foglalhatók össze. (a) nemstabilizált azometin-ilidek, (b) nemmetallált, stabilizált (c) N-metallált, stabilizált azometin-ilidek generálása. A felsorolt példák vizsgálata meghatározza az egyes típusú azometin-ilidek előállításának módját. A dolgozatban nincs mód az összes előállítástípus ismertetésére, a következőkben csak a számunkra fontos (b)-csoportba tartozó ilidek szintéziseit tárgyaljuk A nemmetallált, stabilizált azometin-ilidek szintéziseinek lehetőségei Elöljáróban megemlítendő, hogy a következőkben felsorolt szintézislehetőségek mindegyike alkalmazható gyűrűs azometin-ilidek előállítására is. 1.) Előállítás aziridin gyűrű termikus ill. fotokémiai felnyitásával [52]: N CH CH HC N CH 2.) Előállítás deszililezés útján [53]: 3.) Előállítás azometinek tautomerizációjával [54]: R CH H 2 N CH C 2 R' R CH N CH C 2 R' 4.) Előállítás alkilezett iminek deprotonálásával [6]: R CH C N CH R X C N CH R X H N C C2 R' -HX R C N C Előnyösen elektronszívó szubsztituenst tartalmazó halogénszármazékkal kvaternerezve az azometineket (ilideket), már gyenge bázisok (pl. trietil-amin) hatására végbemegy a deprotonálás: 10

11 C N R X CH 2 E R X C N CH 2 E -HX R C N C H E A tanszéken ezt a módszert alkalmazták gyűrűs azometin-ilidek előállítására [6-8]. Munkám során néhány kivételtől eltekintve én is ezt a módszert alkalmazom. 5.) Előállítás dekarboxilezés útján [55]: R H R -H 2 C RHN CH 2 C 2 H C N CH 2 C 2 H C N CH 2 C -C 2 R C N CH 2 6.) Előállítás N-oxidos módszerrel [56]: N Ph n-buli N Ph Et 2 7.) Előállítás dehidrogénezés segítségével [57] (a kivételként említett esetekben alkalmazom ezt a módszert): Pd-korom N CH 2 E, -H 2 N CH E Az azometin-ilidek cikloaddíciós reakciói A felsorolt előállítási utakon általában in situ képzett gyűrűs azometineket megfelelő dipolarofilekkel reagáltatva az irodalom tanúsága szerint több szerző is cikloadduktokká alakított. Teljesség igénye nélkül a következőkben néhány ilyen cikloadduktképzést röviden ismertetek: Tsuge és munkatársai [58] a következő példában ismertetendő tanszéki kutatásokhoz hasonlóan, amelyek a megfelelő 3,4-dihidro-származékokra vonatkoztak [6-11], izokinolinium-ilidek és ω-nitrosztirolok cikloaddícióit vizsgálták és sztereoszelektíven a biológiailag érdekes alkaloidszerű pirrolo-izokinolinokhoz jutottak, amelyek DMS-ban utólagosan cikloreverzióval részben átalakultak az epimer termékké, amint ezt utólag sikerült igazolniuk: 11

12 A biológiai szempontból jelentős pirrolo-izokinolinok 1,3-dipoláris cikloaddíció útján történő előállítását már Tsuge és munkatársait jelentősen megelőzve Huisgen csoportja megvalósította, a megfelelő dihidro-izokinolinokból kiindulva [59-60], igaz, akkor még a cikloaddíció sztereokémiáját nem vizsgálták: Tanszékünkön Tőke László vezetésével Bende és munkatársai csak a 80-as években tárták fel alaposabban az 1,3-dipoláris cikloaddíciós reakciókat, különös tekintettel a sztereokémiai vonatkozásokra [6-13, 61-65]. 3,4-dimetoxi-dihidroizokinolinokból kiindulva nagyszámú pirrolo-izokinolin- (10) illetve imidazo-izokinolin-vázas (11) cikloadduktot szintetizáltak egyrészt olefin, másrészt Schiff-bázis típusú dipolarofilekkel: A reakciók sztereokémiáját is részletesen tanulmányozták és megállapították, hogy a cikloaddíció minden esetben sztereoszelektíven megy végbe, követi a pályaszimmetria elmélet szabályait, és utólag következhet be epimerizáció, vagy az imidazo-izokinolinok esetében utólagos cikloreverzió. Cseh kutatók a teljesen aromás fenantridin (12) mint azometin kvaternerezési reakcióját bróm-ecetsav-metilészterrel (7) és cikloaddícióit dimetil-maleináttal, dimetil-fumaráttal, dimetil-acetilén-dikarboxiláttal és fumársav-dinitrillel is vizsgálták [66-67]: 12

13 Sliwa és munkatársai 1,5-benzo(H)-naftiridin, ill. 1,6-benzo(H)-naftiridin metil-brómacetáttal és bróm-acetofenonnal kvaternerezett származékaiból deprotonálással képzett azometin-ilidek cikloaddícióit vizsgálták különféle elektronszívó csoportot tartalmazó acetilénekkel és olefinekkel. A vizsgálatok teljesen analóg eredményekre vezettek a fenantridinium-ilidek cikloaddícióival [68-75]. 13

14 Az általunk vizsgált cikloaddíciók útján előállítható policiklusok, valamint az azokkal analóg származékok irodalma A doktori munkám során kétféle azometinből, 6,7-dimetoxi-3,4-dihidroizokinolinból és 3,4-dihidro-ß-karbolinból előállítható ilidek cikloaddíciós reakcióit vizsgáltuk. Az irodalomban mindkét ilidből előállítható cikloadduktokkal analóg vegyületekről találhatók citosztatikus hatásra vonatkozó adatok Pirrolo-izokinolinok (pirrokolinok) és analogonjaik Az eddigi irodalom tanúsága szerint a pirrokolin-vázas alkaloidok, amelyek döntő többsége citosztatikus aktivitással rendelkezik, szárazföldi növényekben és tengeri állatokban is előfordulnak. Elsőként a növényekben található alkaloidok izolálásáról, illetve szintézisükről adok rövid ismertetést, majd rátérek a tengeri állatokból izolálható, pirrokolin vázrészt tartalmazó alkaloidokra. Kínai kutatók 2002-ben Carduus crispus-ból (bodros bogáncs) izoláltak pirroloizokinolin származékokat, melyeket kriszpin A és B néven említenek [76]. A vegyületek közül a kriszpin B (15) mutatott citosztatikus aktivitást különféle humán ráktípusok esetén. Megemlítendő, hogy a természetes forrásból történő izolálást megelőzően több totálszintézist leírtak a pirrokolinok előállítására; Schell és munkatársai N-klór-N-ciklobutil-3,4- dimetoxifeniletilamint (19) reagáltattak ezüst ionnal benzolban, mely gyűrűbővülést eredményezett, és a képződő pirrolidin Pictet-Spengler reakció révén csapdázható volt [77] (5. ábra). 5. ábra. Reagensek és körülmények: i: LiAlH 4, THF; ii: N-klór-szukcinimid; iii: AgBF 4, benzol; iv: cc. HCl. Maryanoff és munkatársai N-aciliminium és 2-aril-pirrolidin származékon keresztül szintetizálták az említett molekulákat [78-79] (6. és 7. ábra). 14

15 6. ábra. Reagensek és körülmények: i: AcCl, vagy ; ii: NaBH 4, EtH, H + ; iii: H + ; iv: BH 3 THF, vagy LiAlH ábra. Reagensek és körülmények: i: x, EtH, ; ii: PPA, 100 C. rito és munkatársai az 1-karboxialkil-dimetoxi-dihidro-izokinolin alapvázat Bischler- Napieralski reakcióval állították elő, majd ezután különböző tagszámú laktámokat nyertek, melyet lítium-tetrahidro-alumináttal redukáltak [80] (8. ábra). 8. ábra. Reagensek és körülmények: i: RCCl, AlCl 3, nitrobenzol, majd 1M HCl; ii: NaBH 4, majd 140 C; iii: LiAlH 4. Maryanoff és munkatársai egy későbbi cikkükben a vegyületeket már az alábbi úton állították elő: 4-(metiltio)-mandulasavat (33) és 2-aril-pirrolidint (32) reagáltattak, majd a képződő intermediert megsavanyították, és borán-tetrahidrofurán komplex segítségével redukálták [81] (9. ábra). 9. ábra. Reagensek és körülmények: i:, majd PPA, 56%; ii: BH 3 THF, 88%. Lee, Park és munkatársai enantioszelektív totálszintézist dolgoztak ki a kriszpin A alapvázát tartalmazó enantiomerjeinek előállítására (21) [82]. A (+)-kriszpin A alapvázat (L)- 15

16 borkősavból (36) állították elő: a borkősavat 2-fenil-etilaminnal kondezáltatták, a szabad hidroxi-csoportokat etil-éterként és acetil-észterként védték, majd savas körülmények között (hangyasav) hajtották végre a ciklizációt. Ezután a szabad hidroxi-csoportokat klórtioszénsavfenilészterrel reagáltatták, és n-bu 3 SnH-del kihasították a tiokarbonát-csoportokat, végül 38 karbonilcsoportját LiAlH 4 -del redukálták (10. ábra). 10. ábra. Reagensek és körülmények: i: 2-fenil-etilamin, xilol,, 84%; ii: NaBH 4, EtH, 0 C, majd 1N H 2 S 4 /EtH, NaBH 4, 0 C, majd 1N H 2 S 4, 12 óra, majd Ac 2, NEt 3, kat. DMAP, CH 2 Cl 2, 46%; iii: HCH, majd EtH, AcCl, 90%; iv: PhC(=S)Cl, DMAP, 41%; iii: n-bu 3 SnH, AIBN, 49%; v: LiAlH 4, 81%. Annak ellenére, hogy Zhao és munkatársai, a kriszpin A (21) és B (15) első izolálói, néhány humán citosztatikus teszt elvégzése után arra az eredményre jutottak, hogy csak a kriszpin B-nek (15) van citosztatikus hatása [76], részben a vegyületek hasonlósága, részben azok kémiai érdekessége miatt több kutatócsoport új totálszintéziseket dolgozott ki a kínai kutatók által izolált Kriszpin A (21) előállítására [83-89], amelyek közül néhány érdekesebbet a következőkben ismertetek. Knölker és Agarwal nemrég egy rövid és jó termeléssel menő totálszintézist közölt; 3,4-dihidroizokinolint (40, vagy 6) 3-trimetilszililpropargil-magnézium bromiddal reagáltatták, és a képződött intermediert ezüst-acetát jelenlétében ciklizálták, majd az így létrejött pirrolgyűrűt katalitikus hidrogénezéssel redukálták [83] (11. ábra). 11. ábra. Reagensek és körülmények: i: BF 3 Et 2, THF, -23 C, majd Me 3 Si-C C-CH 2 MgBr, Et 2, -23 C; 61-80%; ii: AgAc, CH 2 Cl 2, 58-72%; 5% Rh/C, H 2, AcH/MeH, 66-91%. Czarnocki és munkatársai [84] a dimetoxi-feniletilamint (43) reagáltatták γ- butirolakton-al, az így képződött 44 hidroxi-amidot Bischler-Napieralski reakcióban PCl 3 - dal ciklizálták, majd a képződött 45 pirrokolint meglúgosítva jutottak el 46 gyűrűs enaminhoz. 46-t asszimetrikus transzfer hidrogénezéssel (RuCl 2 (C 6 H 6 ) 2 és 47 szubsztráttal) redukálva jutottak el a (+)-kriszpin A-hoz (21) (12. ábra). 16

17 12. ábra. Reagensek és körülmények: i: γ-butirolakton, xilol,, 95%; ii: PCl 3,, 93%; iii: H -, 67%; iv: RuCl 2 (C 6 H 6 ) 2 ; (1S,2S)-1,2-difenil-N-(p-toluolszulfonil)etiléndiamin (47), MeCN, HCH-Et 3 N (5:2); 0 C, 90%. Allin és munkatársai (2S)-2-amino-3-(3,4-dimetoxifenil)propán-1-ol-ból (48) indultak ki [86]: 48-öt borostyánkősav-anhidriddel reagáltatták, az így nyert 49 imidet NaBH 4 -del redukálták, majd savas körülmények között 50 pirrokolinná ciklizálták. 50-et Raney-Ni-lel redukálták 51 vegyületté, amit LiAlH 4 -del redukálva jutottak el (+)-21 (+)-kriszpin A-hoz (14. ábra). 14. ábra. Reagensek és körülmények: i: borostyánkősav-anhidrid, toluol,, Et 3 N, 71%; ii: NaBH 4, EtH, majd 2M HCl, 78%; iii: Raney-Ni, toluol,, 98%; iv: LiAlH 4, THF,, 76%. Az eddig említettek mellett a tengeri állatok két nagy törzse, a puhatestűek (Mollusca) és a zsákállatok (Ascidiascea) alkaloidjai között is találhatóak pirrokolin vázat tartalmazó, citosztatikus hatású alkaloidok. Elsőként amerikai kutatók a Csendes-óceán trópusi és szubtrópusi vizeiben egyrészt a Lamellaria nemzetségbeli puhatestűekből izoláltak lamellarin alkaloidokat [90], másrészt ugyanezen és más rokon szerkezetű természetes vegyületeket zsákállatokból vontak ki [91]. Nem sokkal a vegyületek izolálása után felfedezték néhány képviselőjük kiemelkedő citosztatikus hatását: spanyol kutatók több humán tumor sejtvonalon, közöttük multidrug rezisztens sejtvonalakon hatásosnak találták a lamellarin D (52), K (54) és M (53) alkaloidokat [92] (15. ábra). Ez a felfedezés ösztönözte a lamellarin alkaloidok és más rokon vegyületek (lukianolok, diemnimidek, és policitrinek) további puhatestű és zsákállatfajokból történő izolálását [93-95]. 17

18 15. ábra. Fontosabb lamellarin alkaloidok Indolizino-indolvázas vegyületek és analogonjaik A 3,4-dihidro-ß-karbolinium-ilidből cikloaddícióval kapható pirrolo-karbolin, illetve másnéven indolizino-indol vázas vegyületekkel analóg vegyületek között több citosztatikus hatású alkaloid és analogon található. Koike és munkatársai Picrasma javanica növényfajból izoláltak egy új ß-karbolin vázat tartalmazó alkaloidot, a javakarbolint (55) (17. ábra), melynek különböző emberi tumorsejtekkel szemben mutatott citosztatikus aktivitásáról is beszámoltak [96]. 17. ábra. Javacarboline és analóg szerkezetek. Koike és munkatársai a javakarbolintól eltérő vázú, indolizino[8,7-b]indol vázas származékokat is szintetizáltak, amelyek jelentős citosztatikus aktivitást mutattak P-388 limfocitikus leukémia ellen, valamint PC-6 humán tüdő karcinóma sejtvonalon [97]. Szintézisük kiindulási anyagaként ismert úton [98] Pictet-Spengler reakcióval kapták a karbolin származékokat, amelyeket bróm-acetonnal kvaternereztek acetonban, majd a sót Na 2 C 3 -tal kezelve jutottak el az indolizino[8,7-b]indol származékokhoz (18. ábra). 18. ábra. Reagensek és körülmények: i: BrCH 2 CH 3, aceton, ; ii: aq. Na 2 C 3,. Az eddigiekben felsorolt és az irodalomban található további aktív ß-karbolin-vázas vegyületek (pl. manzaminok, eudistomine, azatoxin, fascaplysin) adták az ötletet Doddnak, 18

19 Poissonnettnek, Bertrandnak és munkatársaiknak, hogy további indolizino[8,7-b]indol származékokat szintetizáljanak és vizsgálják azok citosztatikus aktivitását [99-100]. Dodd, Poissonnett, Bertrand és munkatársaik szintézisének végrehajtása 1,3-dipoláris cikloaddíció felhasználásával történt, melyhez elsőként előállították a 3,4-dihidro-ßkarbolinból annak N-2-trimetilszililmetil-ß-karbolinium sóját, majd az ebből képezhető ilidet in situ reagáltatták akrilnitrillel (19. ábra). 19. ábra. Reagensek és körülmények: i: TfCH 2 SiMe 3, CH 2 Cl 2, 73-95%; ii: akrilnitril, CsF, MeCN, 70-85%. Néhány esetben a kapott adduktokat továbbalakították (20. ábra). 20. ábra. Reagensek és körülmények: i: CF 3 S 3 H, 61%; ii: LiAlH 4, AlCl 3, THF, 65-76%, vagy H 2, Pd/C, MeH, 72-83%. Ezután megvizsgálták, hogy az előállított vegyületek milyen mértékben képesek gátolni az L1210 ráksejtek osztódását, majd kiválasztották a két legaktívabb vegyületet (61a és 62a) (21. ábra), és megvizsgálták a citosztatikus aktivitásukat multidrug-rezisztens sejtvonalakon. Jelentős eredmény, hogy a K562R emberi eritro-leukémia sejtek, melyek rezisztensek doxorubicinre, érzékenyeknek mutatkoztak a 61a és 62a vegyületekre. Bn Bn N N N H 61a H NC N H 62a H CN 21. ábra. A két legaktívabb származék. 19

20 3.2. Fenantridon-alkaloidok A fenantridon-alkaloidok előfordulása Az Amaryllidaceae növénycsaládhoz tartozó species-ek izolált alkaloidjainak száma ma már meghaladja a 400-at. Ezen természetes vegyületek a legkülönbözőbb biológiai hatással rendelkeznek, közülük jelentős számú citosztatikus hatású, emiatt ez az alkaloidcsalád az intenzíven kutatott származékok közé tartozik [101]. Az Amaryllidaceae alkaloidok családján belül külön csoportot, illetve alcsaládot alkotnak a fenantridonalkaloidok, amelyek közé mintegy 15 izolált képviselő tartozik [102]. Ez a meglehetősen kis hatóanyagcsoport tagjainak nagy része jelentős rákellenes hatással rendelkezik, közülük a 22. ábrán bemutatott hat származék tekinthető a legfontosabbnak. 22. ábra Ezen vegyületek az alkaloidok azon különleges képviselői közé tartoznak, amelyek savamid (esetünkben laktám) szerkezetük következtében, az alkaloidok többségével ellentétben, nem bázikus, hanem semleges karakterűek, ezért izolálásuk esetén a semleges frakcióból nyerhetők ki. Az alkaloidok legújabb definíciója szerint ugyanis már nem kizárólag a bázikus nitrogénatomot tartalmazó természetes szerves vegyületek, hanem minden gyűrűs N-atomot tartalmazó természetes vegyület is alkaloidnak tekinthető [ ]. A 22. ábrán tárgyalt 6 vegyület jelentős rákellenes hatással rendelkezik, közülük is kiemelkedő a pankratisztatin (65), amely a klinikai kipróbálásig is eljutott [105]. Az irodalom tanúsága szerint ezen vegyületek di- és tridezoxi-származékai is rendelkeznek citosztatikus aktivitással [ ], így célul tűztük ki, hogy az irodalomban eddig még nem leírt további származékokat állítsunk elő, amelyek segítségre lehetnek a minimális farmakofor megtalálásához Fenantridon-vázas alkaloidok izolálása természetes forrásból és korai biológiai vizsgálataik Az 1. ábrán bemutatott képviselők első izolálására a XX. század második felében került sor. A szóban forgó hat vegyület közül a narciklazint (66) izolálták először, 1967-ben: Ceriotti és munkatársai különféle Narcissus fajok gumóiból vonták ki [109]. 66 szerkezetének megállapításakor derült ki, hogy tőlük függetlenül Japánban kamoto és munkatársai is 20

21 izolálták 66-ot a Lycoris radiata gumóiból, akik lycoricidinolnak nevezték [110]. A két név közül később a narciklazin elnevezés vált általánossá. kamoto és munkatársai 1968-ban az említett Lycoris radiata-ból 66 mellett a 67-et is izolálták, amit likoricidinnek nevezték [110], továbbá megállapították, hogy mindkét vegyület általános mitózisgátló és számottevő növényi növekedésgátló, továbbá citosztatikus hatással rendelkezik [111]. Ugyanakkor megemlítendő, hogy Fuganti és munkatársai szintén izolálták a likoricidint Narcissus fajok gumójából, amelyet ők először margetine-nek neveztek [112]. Miután kiderült, hogy a két vegyület azonos, a likoricidin elnevezés vált használatossá. Ceriotti és munkatársai [109], majd további kutatók [110, 113] írták le a narciklazin (66) rákellenes hatását, amely először az ascites szarkóma esetében, majd az Ehrlich karcinómában, később Hela (Cervix karcinóma) és HEP H (Larynx karcinóma) sejtvonalakon bizonyult hatásosnak [114]. A továbbiakban a narciklazin P-388 limfocitikus leukémiában is jelentős hatásúnak bizonyult [ ]. A felsorolt fenantridon alkaloidok további két képviselőjét 1984-ben, Pettit irányításával az Arizonai Állami Egyetem kutatói izolálták: a pankratisztatint (65) a Hymenocallis litoralis gumóiból, a transz-dihidronarciklazint (69) a Zephyranthus candida gumóiból [117]. Ghosal és munkatársai 1989-ben Indiában izolálták a 7-dezoxi-pankratisztatint (67) Haemanthus kalbreyeri gumóiból [118], végül a 7-dezoxitransz-dihidronarciklazint (68) azután ismét Pettit és munkatársai vonták ki szintén a Hymenocallis litoralis gumóiból [119]. A felsorolt fenantridon alkaloidok kiemelkedő citosztatikus hatását leginkább az amerikai National Cancer Institute által kidolgozott in vitro screen mérések szemléltetik, amelyeket a 60 legfontosabb emberi rák sejtvonalán kimért és átlagolt GI * 50 értékek bizonyítanak (1. táblázat) [120]: vegyület GI 50 (µm) 65 0, , , , ,15 1. táblázat Megemlítendő, hogy a felsorolt alkaloidok közül a pankratisztatin (65) a klinikai kipróbálásig is eljutott. A táblázatban szereplő fenantridon alkaloidokon kívül további természetes származékokat is izoláltak, amelyek a fenti alkaloidok glikozidjai, illetve más szénhidrátrészeket tartalmazó származékai. Ezen vegyületek kisebb jelentőségüek, mivel citosztatikus hatásuk kisebb mértékű, de szintén fenantridon-vázas alkaloidoknak tekinthetők [102] A fenantridon-alkaloidok előállítása totálszintézissel Mivel a növényekben a felsorolt alkaloidok igen kis mennyiségben fordulnak elő, már a kezdeti biológiai vizsgálatok céljára szükséges anyagmennyiségek izolálása is nagy nehézségekbe ütközött. Emiatt a kezdetektől fölmerült ezen alkaloidok totálszintézissel történő előállításának igénye. A következőkben időrendi sorrendben ismertetem a fenantridon-vázas alkaloidok szintézisének néhány mérföldkövét. * GI 50 : Az amerikai National Cancer Institute (NCI) a korábban általa is használt IC 50 mutatót átnevezte a kifejezőbbnek tartott GI 50 -re, azóta ezt a mutatót használja általánosan [ ]. 21

22 Legkorábban Mondon és Krohn, a Kieli Egyetem kutatói próbálkoztak meg az elsőként izolált likoricidin (70) és narciklazin (66) teljes szintézisével [113]. Azonban csak az izo-likoricidint (71) és az izo-narciklazint (72) sikerült előállítaniuk (23. ábra), mivel 71-ben és 72-ben található kettős kötés a B-gyűrű kialakulása során, valószínűleg sztérikus okok miatt kimozdíthatatlanul a B és C gyűrűk közé vándorolt [123]. 23. ábra Az említett német kutatók piperonálból (73) indultak ki (24. és 25. ábra), amelyből előállított aminosav-észtert (75) diazotálták, majd Meerwein-féle arilezési reakcióban p- benzokinonnal reagáltatták. Ezután az A-gyűrűtől távolabb eső kettős kötést ozmiumtetroxiddal oxidálták, így eljutottak a 77 diolhoz, amelyet először szabad dihidroxivegyületként (77a), védett acetil-származékként (77b), illetve acetonidként (77c) is katalitikusan hidrogéneztek. A hidrogénezés során mindhárom esetben végbement a gyűrűzáródás, és az ábrán látható lakton képződött (80a-c). A lakton-gyűrűt ammóniával alakították laktámmá (81a-c). Az ily módon előállított triciklusos vegyületek szerkezetének ellenőrzésekor meglepődve tapasztalták, hogy az előállított fenantridonban a kettőskötés nem a likoricidinnek (70) és a narciklazinnak (66) megfelelő helyen helyezkedik el, hanem a ciklizáció során a kettős kötés a B és C gyűrű közé vándorolt. Többféleképpen próbálkoztak a gyűrűzárás során a B és C gyűrű közé vándorolt kettős kötés átizomerizálásával, illetve a vándorlás kiküszöbölésével, de ezek a próbálkozások sikertelenek voltak. Ily módon az általuk célként kitűzött vegyületeket nem tudták előállítani. Az általuk előállított izolikoricidin és izonarciklazin a vizsgált citosztatikus tesztekben hatástalannak bizonyult [113]. 24. ábra. Reagensek és körülmények: i: H 2 2 v. KMn 4, 90%; ii. CH 2 N 2 /éter, 75%; iii:jégecet, cc. HN 3, 92%; iv: Raney-Ni, 50 C; v: HCl/H 2, NaN 2, p-benzokinon, 87%; vi: s 4, THF-H 2, NaCl 3, 2 nap, 83%, vii: Ac 2, H 2 S 4 ; viii: HC(Et) 3, PTSA, absz. aceton,. 22

23 25. ábra. Reagensek és körülmények: i: Pd/C, EtH, 50% v. Raney-Ni, MeH, 60%; ii: 10% Pd/C, MeH, 40%; iii: EtH, NaBH 4, 78%; iv: NH 3 /MeH, %. A következőkben felsorolásra kerülő nagyszámú totálszintézis részletekbe menő ismertetésére nincs mód, doktori dolgozatomban ezt követően csak az általam is szintetizált 7- dezoxi-transz-dihidronarciklazin korábbi irodalmi totálszintéziseit ismertetem részletesen, a többi szintézist csak felsorolásszerűen mutatom be ban hta és Kimoto, a Kyoto-i Egyetem kutatói valósították meg a (±)- likoricidin (70) első sikeres totálszintézisét [ ]. Ezt követően német és amerikai kutatók 1976-tól 1989-ig további két totálszintézist dolgoztak ki a likoricidinre [ ], azonban az alkaloidcsoport első tesztek alapján legaktívabbnak gondolt, és emiatt a klinikai kipróbálásig is eljutott képviselőjének, a pankratisztatinnak (65) felfedezése után a szintetikus vegyészek figyelme elsősorban a pankratisztatin előállítására irányult, amelynek totálszintézisét elsőként Danishefsky valósította meg 1989-ben [130]. Ezt követően különböző kutatócsoportok 1990 és 2006 között a pankratisztatin előállítására 8 totálszintézist dolgoztak ki [ ]. Párhuzamosan emellett folytatódtak a törekvések a likoricidin (70) és a narciklazin (66) előállítására is; az előbbire 2006-ig további 7 [129, ], az utóbbira pedig 4 totálszintézis kidolgozására került sor [137, 147, ]. Az időközben Ghosal és munkatársai által, 1989-ben izolált 7-dezoxipankratisztatin (67) [118] szintézisére szintén 2006-ig 11 totálszintézis publikálására került sor [ , 132, 150, ]. Végül viszonylag kevesebb figyelem fordult a transz-dihidronarciklazin (69) előállítására, amely bár 1984 óta ismert volt [117], az első teljes szintézisére 2007-ben került sor [164]. Bár a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin (68) természetes anyagként történő izolálására csak 1993-ban került sor Pettit és munkatársai által [119], érdekes módon japán kutatók más Amaryllidaceae alkaloidok szintézisére irányuló kutatásuk során megvalósították 68 szintézisét is: így Tsuda és munkatársai voltak az elsők, akik 68-at előállították [ ]. Tsuda és munkatársai az 5. ábrán látható 81 piruvátból indultak ki. A vegyületet először iminné (82) redukálták, majd ciklizálták. 83 vegyületet butadiénnel hevítve kialakult 84 dioxo-indol, melyet metil-klórformiáttal reagáltattak, kálium-hidroxiddal hidrolizálták, majd hidrogén-peroxid és nátrium-hidroxid elegyével oxidálták, így nyerték 85-öt, amelyet N- bróm-szukcinimiddel bróm-laktonná (86) alakítottak. Ezt követően dehidrobrómozták DBU- 23

24 val (87), melyet ozmium-tetroxiddal diollá oxidálták, a hidroxilcsoportokat acetátként védték, majd módosított Bischler-Napieralski reakcióval bezárták a B-gyűrűt, így eljutottak 88 laktámhoz. Ezután a laktámot elhidrolizálták NaH-dal, majd a védőcsoportok eltávolítása után megkapták a (±)-7-dezoxi-transz-dihidronarciklazint (68) (26. ábra). Ar H H Ar C C C 2 Et i Ar C C C 2 Et ii NH iii CN HC NH N Ar H 84 H viii,ix,x 87 vii NHCMe Ac Ac xi, xii 86 Br H NHCMe HC H NHCMe NH NH Ar: 3,4-metiléndioxif enil-csoport ábra. Reagensek és körülmények: i: Raney-Ni, H 2 ; ii: EtH,, 30-40%; iii: butadién, DMF, v. DMS; C, 60-70%; iv: ClCMe, KH, MeCN, RT; v: H 2 2 -NaH, 68%; vi: NBS, CH 2 Cl 2, 77%; vii: DBU, toluol; viii: s 4 ; ix: Ac 2, piridin, 58%; x: PCl 3, SnCl 4, 60%; xi: 0,1N NaH, Hg-lámpa, 30 perc, majd Ac 2 /pyr, 43%; xii: MeH/NH 3. A következőkben a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin (68) izolálását követő két totálszintézist ismertetem. Chida és munkatársai a D-glükózból előállítható piránból (189) indultak ki (27. ábra); először 89-et dehidrobrómozták, majd ciklohexanonná (90) alakították [158, 167]. Ezután vízeliminációval jutottak el telítetlen származékhoz (91). A 91-en található oxo-csoportot NaBH 4 -del redukálták, az így nyert hidroxicsoport metoxi-fenil-metil-éterként védték, majd az azido-csoport redukálásával előállították 92 amint. Ezt a vegyületet LiAlH 4 - del redukálták, majd 6-bróm-piperonoil-kloriddal (93) reagáltatva kapták 94-at, majd a B- gyűrűt módosított Heck-reakcióval alakították ki. Ezután 95-at katalitikusan hidrogénezték, az így kapott alkoholt trifláttá (96) alakították, majd a hidroxicsoport térállását KAc segítségével átfordították. A 97-on található nitrogénatom védőcsoportját trifluorecetsavval távolították el, majd Zemplén-féle dezacetilezéssel kapták meg a 7-dezoxi-transzdihidronarciklazint (68). H vi H H 85 iv,v 24

25 Br MM i,ii MM iii. MM N 3 MM H MM MM 89 N 3 90 N 91 3 Cl MPM MPM Br MM MM 93 ix. MM MM vi.,vii.,viii. N N MPM MPM Br x,xi Tf Ac MM Ac xii, xiii xiv MM Ac NMPM NMPM xv NH 2 iv. v. MPM Ac NH MM MM 92 Ac Ac 27. ábra. Reagensek és körülmények: i: DBU, toluol, reflux, 15 h, 73%; ii: Hg(CCF 3 ) 2, aceton, H 2, 20 h; iii: MsCl, Et 3 N, CH 2 Cl 2, 0 C, 1.5 h, 69% (2 lépés); iv: CeCl 3, MeH, 0 C, 5 perc, majd NaBH 4, 0 C, 30 perc, 86%; v: NaH, DMF, 0 C, 30 perc, majd ClCH 2 C 6 H 4 (p-me), r.t., 18 h, 69%; vi: LiAlH 4, Et 2, 0 C, 30 perc; vii: 23, (Et) 2 P()CN, Et 3 N, DMF, 0 C, 15 perc, 89% (2 lépés); viii: NaH, DMF, 0 C, 30 perc, majd ClCH 2 C 6 H 4 p- Me), 100%; ix: Pd(Ac) 2, DIPHS, TlAc, DMF, 140 C, 7 h, 68%; x: H 2, 5% Pd/C, EtH/EtAc (14:1), RT; xi: Tf 2, Pyr, CH 2 Cl 2, 0 C; xii: KAc, 18-korona-6, benzol, RT; xiii: THF/1M HCl, 50 C, majd Ac 2,pyr, RT; xiv: TFA-CHCl 3, RT; xv: NaMe, MeH, 0 C. gasawara és munkatársai [168, 169] a 28. ábrán feltüntetett reakcióúton jutottak el a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazinhoz: a totálszintézis során 99-ből indultak ki, melyet benzokinon és ciklopentadién Diels-Alder reakciójából állítottak elő, majd DIBAL-lal redukálták 99 vegyületté. Ezután enzimatikusan szelektíven monoacetilezték 100 vegyületté, melyet aztán N-bróm-szukcinimiddel reagáltatva létrehozták 101 bróm-étert, melyet 102 enonná oxidáltak, majd az enont 103 jódszármazékká alakították. Ezután 103-at Pd-katalizált keresztkapcsolásos reakcióban, 3,4-metiléndioxifenil-tributilsztannánnal reagáltatva eljutottak 104-hez, melyet DIBAL-lal redukáltak 105-é, majd DPPA-val 106-as aziddá alakították ot katalitikusan hidrogénezték, majd ezt követően metil-klórformiáttal reagáltatva eljutottak 107 uretánná. Ezután 107-ben az intramolekuláris éterkötést felnyitották cink/ecetsavval, majd 108 alkoholt retro Diels-Alder reakcióba vitték. Az így nyert 109 tributil-szilil származék védőcsoportját TBAF-al eltávolították, a szabad hidroxil-csoportot 2-naftoilkloriddal észterré alakították, majd a vegyület B-gyűrűjét trifluormetánszulfonsav-anhidriddel bezárták, így jutottak 110 laktámhoz. 110 C-gyűrűjének kettős kötését ozmium-tetroxiddal dihidroxi-vegyületté oxidálták, amelyet tionil-kloriddal ciklikus szulfittá alakítottak, amit 68 25

26 nátrium-perjodáttal RuCl 3 jelenlétében szulfáttá oxidáltak. A gyűrűs szulfát izomerjeit oszlopkromatográfiával el tudták választani egymástól, a megfelelő izomer kétféle védőcsoportjának eltávolítása után jutottak el 68-hoz. Br Br Br H Ac Ac i ii v iii, iv H H I vi Br viii Br H vii Br N ix,x,xi Br Br xii xiii, xiv NHC 2 Me NHC 2 Me H NHC 2 Me xv, xvi, xvii TBS 68 xviii, xix, xx, xxi, xxii R:2-naftoil 28. ábra. Reagensek és körülmények: i: vinil-acetát, lipáz LIP, THF/Et 3 N, RT, 88%; ii: NBS, CH 2 Cl 2, -30 C, 62%; iii: K 2 C 3, MeH, RT, 99%; iv: PDC, CH 2 Cl 2, RT, 96%; v: I 2, pyr/ccl 4, RT; vi: 3,4-metiléndioxifeniltributilsztannan, PdCl 2 (PPh 3 ) 2, Ph 3 As, CuCl, THF, RT, 63%; vii: DIBAL, 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol, CH 2 Cl 2, -78 C, 86%; viii: DPPA, PPh 3, DIAD, RT, 76%; ix: H 2, 10% Pd/C, EtAc, RT, 95%; x: ClC 2 Me, 1M NaH, THF, RT, 95%; xi: H 2, 50% Pd(H) 2 /C, MeH, 92%;xii: Zn, MeH/AcH/THF,, 94%; xiii: TBSTf, Et 3 N, CH 2 Cl 2, -78 C, 95%; xiv: NaHC 3, Ph 2,, 87%; xv: TBAF, THF, RT, 97%; xvi: 2-naftoilklorid, pyr, DMAP, RT, 97%; xvii: Tf 2, DMAP, CH 2 Cl 2, 0 C, 84%; xviii: s 4, NM, THF/H 2, 92%; xix: SCl 2, pyr, -30 C -> -20 C; xx: RuCl 3 3H 2, NaI 4, CCl 4 /MeCN, RT, 52%; xxi: pyr,, majd 2M H 2 S 4 /CHCl 3, 70 C, 64%; xxii: NaMe, MeH, RT, 84%. 110 NH R 26

27 A várhatóan hatásos analogonok előállítása H H Ac Ac NH H NH Ac Me Me H H NH NH H NH H NH H H H H 116 H H H H H HaR=H:117a R=Ac: 117b N R HaR=H:118a R=Ac: 118b N R Ac NH NH H H Ac Ac H 121 NH H NH ábra Ac 123 NH H Viszonylag korán fölismerték, hogy a természetes alkaloidok származékai, illetve analogonjai is rendelkezhetnek citosztatikus aktivitással. Ilyen vegyületeket vagy a természetes vegyületek egyszerű, néhány lépéses átalakításával, vagy új, célzott szintézissel lehet előállítani. Az első megközelítésre példa Piozzi és munkatársai [170], valamint Mondon és Krohn [113] törekvése, hogy a narciklazin néhány egyszerű átalakításával várhatóan citosztatikus származékok előállítását valósítsák meg. Így szelektíven metilezték a fenolos hidroxicsoportot diazometánnal etanolban, ily módon jutottak a narciklazin 7-metoxi analogonjához (111) [170]. A 7-metoxi analogont ecetsav-anhidriddel, piridinben triacetoxiszármazékká is átalakították (112) [170]. A második megközelítésre az elmúlt harminc év során elsősorban az aromás gyűrű 7- es helyzetében hidroxi-, vagy védett hidroxi-funkciót tartalmazó származékok (ezek a narciklazin és a pankratisztatin analogonjai) külön független reakcióutakon történő szintézisére találhatunk számos példát az irodalomban, amit elsősorban a narciklazin és a pankratisztatin kiemelkedő citosztatikus aktivitása indokolt [ ]. A felsorolt szintézisekkel nyert analogonok biológiai vizsgálatára is sor került. Viszonylag kevés figyelem fordult azonban a 7-es helyzetben szubsztituálatlan aromás gyűrűt tartalmazó likoricidin származékai és analogonjai előállítására, pedig már 1968-ban kamoto és munkatársai közölték a likoricidin jelentős citosztatikus aktivitását bemutató 27

28 adatokat, amelyek a legaktívabbnak mondott narciklazintól és pankratisztatintól ugyan elmaradtak, de azért számos más származékkal összehasonlítva jelentősnek mondhatók [110]. Miután doktori dolgozatomnak ebben a részében a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin (82, amely azonos a dihidrolikoricidinnel) teljes szintézisét, majd pedig ezen vegyület analogonjainak szintézisét tárgyalom, a következőkben csak 68, illetve 70 analogonjainak irodalmi előzményeit ismertetem, a narciklazin (66) és pankratisztatin (65) analogonjainak kiterjedt irodalmát a terjedelem korlátozottsága miatt e helyütt nincs mód részletesen ismertetni. A likoricidin (70) és a 7-dezoxi-transz-dihidronarciklazin (68) analogonjainak sorában a legkézenfekvőbb a két optikailag aktív természetes vegyület enantiomerjét vizsgálni. Közülük a likoricidin enantiomerje az ún. ent-likoricidin teljes szintézisét Keck és munkatársai írták le [146]. 70 és 68 további analogonjai az ún. C-gyűrű analogonok, amelyek a között C- gyűrűben szubsztituálatlan (113)[ ], mono- [108, 176], di- [3-4, 108, ], tri- [177] és tetraszubsztituált [179] származékokat egyaránt előállítottak. Néhány érdekesebb szintézist a következőkben ismertetek. Tanszékünkön e témában végzett korábbi kutatások keretében Balázs és munkatársai [3-4] a C-gyűrűn különféle, két hidroxi-csoportot tartalmazó származékokat állítottak elő. Az első esetben (31. ábra) metiléndioxi-nitrosztirolból (124) indultak ki, melyet butadiénnel reagáltatva Diels-Alder reakcióban 125 nitro-ciklohexénhez jutottak. 125 nitrocsoportját Zn/HCl-val terc-butanolban aminná redukáltak, amelyet metil-klórformiáttal 126 uretánná alakítottak. A B-gyűrűt PPA-val zárták be, a laktámgyűrű szabad NH-csoportját acetilezéssel védték. 127 acetil-laktámot s 4 /NM-al oxidálták, amely cisz-diolok diasztereomer elegyét eredményezte. A 128 diasztereomerek acetoniddá alakított elegyét oszlopkromatográfiásan szétválasztották, a védőcsoportok eltávolítása után jutottak el 119 és 120 analogonokhoz. Amennyiben 127 részlegesen telített fenantridont MCPBA-val oxidálták, csak 117b transzdiolt tudták kipreparálni. N 2 i ii, iii N NHCMe H NH H H H vii, viii 128 H N H vi iv,v 127 ix,x N H NH H 119 N 31. ábra. Reagensek és körülmények: i: butadién, toluol, 8-10 atm., 140 C, ii:zn/hcl, terc-buh; iii: ClCMe, Et 3 N; iv: PPA, ; v: Ac 2, piridin,, 54%; vi: s 4 /NM, THF-H 2, 84%; vii: 2,2- dimetoxipropán, PTSA, 91%; viii: THF-cc. HCl, 91%, ix: MCPBA, CH 2 Cl 2, 25 C, 73%; x: HCl 4, H 2 /THF, 25 C, 64%. 117b 28

29 A második esetben (32. ábra) Balázs és munkatársai piperonálból (73) indultak ki, melyet Barbier-Grignard reakcióban allil-kloriddal 129 allil-alkohollá alakítottak. 129-et PTSA jelenlétében metil-akriláttal nyomás alatt reagáltatva Diels-Alder reakcióban 130 telítetlen észterhez jutottak. Az észter-funkciót aziddá, majd Curtius-reakcióban 131 izocianáttá alakítottak, amelyet BF 3 Et 2 -tal 132 fenantridonná ciklizáltak. 132-t MCPBA-val 133 izomer epoxidok elegyévé alakították, amelyet perklórsavval elhidrolizálva csak 118b-t sikerült kinyerni. 32. ábra. Reagensek és körülmények: i: allil-klorid, Mg, THF, 71%; ii: metil-akrilát, PTSA, 8-10 atm., 140 C, 74%; iii: Na 2 C 3 /H 2, H + ; iv: ClCMe; v: NaN 3, majd ; vi: BF 3 Et 2, 0 C; vii: Ac 2, piridin,, 54%; viii: MCPBA, CH 2 Cl 2, 25 C, 74%; ix: HCl 4, H 2 /THF, 25 C, 52%. Pandey és munkatársai [177] a C-gyűrűn három hidroxi-csoportot tartalmazó analogont állítottak elő (33. ábra): a reakció során kínasavból (134) indultak ki; a 4-es és 5-ös helyzetben lévő hidroxi-csoportokat ciklohexanonnal védték, majd a sav-funkciót NaBH 4 -el etanolban alkohollá redukálták. 135 ketált ecetsavval elhidrolizálták, majd a 4-es és 5-ös helyzetben lévő szabad hidroxi-csoportokat TBSCl-dal védték. 136 vegyületet nátriumperjodáttal oxidálták, majd MsCl és Et 3 N hozzáadásával vízeliminációt hajtottak végre, amelynek során 137 ciklohexenon képződött. 137-et ezután n-buli jelenlétében metil-npiperonilmetil-karbamáttal (138) reagáltatták, majd a képződő 139 vegyületet 1,4- dicianonaftalinnal besugárzás mellett kezelték, az így képződött gyűrűs ketont NaBH 4 -del redukálták, a kapott alkoholt TBSCl-dal védték, így jutottak el 140 fenantridinhez. 140-et Ru 2 /NaI 4 -tal oxidálva, majd a védőcsoportokat NaMe-tal eltávolítva jutottak el 121 trihidroxi-analogonhoz. 29