GRKA-KERESKÉYI ÁLMS VIZSGÁLATK A BILÓGIAILAG HASZS HATÁSÚ ALKALIDK KÖRÉBE Ph. D. értekezés Témavezető: Konzulens: Dr. Hazai László egyetemi magántanár Dr. Szántay Csaba akadémikus Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék 2009
Köszönetnyilvánítás Köszönetemet fejezem ki Dr. Szántay Csaba akadémikusnak a szakmai irányításért, Dr. Szabó Lajosnak a kémiai tudományok doktorának messzemenő segítségéért és Dr. Hazai László egyetemi magántanárnak a téma vezetéséért. Köszönettel tartozom Ifj. Dr. Szántay Csabának, a kémiai tudomány doktorának az MR spektrumok felvételéért és értékelésükben nyújtott segítségéért, Ifj. Dr. agy József egyetemi docensnek a vegyületek elnevezésében adott segítségéért, valamint Ófalvi Katalinnak az infravörös színképek felvételéért. Dr. Kéri Györgynek, a biológiai tudományok doktorának, Dr. Hudecz Ferencnek, a kémiai tudományok doktorának, és munkatársaiknak a farmakológiai vizsgálatok elvégzéséért. 2
Rövidítések jegyzéke acac: acetilacetonáto Ac: acetil Bn: benzil Boc: t-butoxikarbonil BP: [(benztriazol-1-iloxi)-trisz(dimetilamino)foszfónium]-[hexafluorofoszfát] CS: központi idegrendszer CPTS: kollidinium-p-toluolszulfonát DB 1,5-diazabiciklo[4.3.0]non-5-én DCC: diciklohexilkarbodiimid DDQ: 2,3-diklór-5,6-diciano-1,4-benzokinon DIEA: diizopropil-etil-amin dppp: 1,3-bisz(difenilfoszfanil)propán HBt: 1-hidroxibenztriazol hν: ultraibolya fény IBX: o-jodilbenzoesav, [1-hidroxi-1λ 3,2- benzojodoxol-3(1h)-on]-1-oxid Ile: izoleucin LTP: lítium-[tetrakloro-palladát(ii)] MM: metoximetil MsCl: metánszulfonil-klorid Ms: metánszulfonil MTM: metilszulfanilmetil BS: -brómszukcinimid CS: -klórszukcinimid PIFA: (fenil-λ 3 -jodándiil)-bisz(trifluoracetát) PTS: p-toluolszulfonsav Py: piridin RP-HPLC: fordított fázisú, nagy teljesítményű folyadékkromatográfia RT: szobahőmérséklet TBDMS: t-butil-dimetilszilil TES: trietilszilil TFA: trifluorecetsav TMS: trimetilszilil Troc: 2,2,2-triklóretoxikarbonil Trp: triptofán Ts: p-toluolszulfonil Tyr: tirozin Megjegyzés: ahol a képlet alatti számok nem rendelkeznek az abszolút konfigurációra utaló (+) vagy (-) jelöléssel, ott a felrajzolt képletben a szaggatott, illetve vastagított kötések csak a relatív konfigurációra utalnak. 3
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés... 5 2. Célkitűzés... 10 3. Irodalmi összefoglalás... 12 3.1. Galantamin... 12 3.1.1. Galantamin szintézise fenolos oxidatív kapcsolással... 12 3.1.2. Heck-reakció alkalmazása a galantamin szintézisében... 22 3.1.3. Egyéb módszerek a galantamin előállítására... 27 3.2. Vindolinok irodalma... 32 4. Elméleti rész... 36 4.1. Kísérletek a galantamin előállítására... 36 4.1.1. Modellszintézis kidolgozása... 36 4.1.2. A 7,8-dimetoxi-2-tetralon szintézise... 46 4.1.3. Kísérletek a galantaminhoz vezető intermedierek előállítására... 51 4.2. Vindolin és származékai... 56 4.2.1. Aromás gyűrűben történő szubsztitúciós reakciók vizsgálata... 56 4.2.2. Vindolin és származékainak észtercsoportján végrehajtott kapcsolási reakciók... 60 4.2.3. Az észtercsoport hidrolízisének vizsgálata... 65 4.2.4. Az új származékok farmakológiai vizsgálatainak eredménye... 67 4.2.4.1. ational Institute of Health által vizsgált vegyületek és eredményeik... 67 4.2.4.2. MTA-SE Peptidbiokémiai Kutatócsoport által végzett vizsgálatok... 68 4.2.4.3. MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport által végzett vizsgálatok... 68 5. Kísérleti rész... 71 6. Összefoglalás... 100 6.1. Kísérletek a galantamin előállítására... 100 6.2. Vindolin és származékai... 104 7. Irodalomjegyzék... 106 8. Közlemények listája... 112 8.1. A doktori értekezés témájához kapcsolódó közlemények... 112 8.2 A doktori értekezés témájához közvetlenül nem kapcsolódó közlemények... 114 9. Mellékletek... 115 4
1. Bevezetés A biológiailag aktív természetes anyagokkal foglalkozó kutatások két nagy csoportra oszthatók: (i) totálszintézis kidolgozása a hatásos szerkezet előállítására, (ii) valamint a már meglévő struktúra módosításával hatékonyabb, szelektívebben kötődő, kevésbé mérgező stb. származékok szintetizálása. Ph.D. értekezésemben két ismert természetes anyaggal kapcsolatos kutatások során elért eredményeimet ismertetem, a fenti csoportosításnak megfelelően. (I.) A galantamin (1) előállítására egyszerű reakciókból álló szintézissort dolgoztunk ki, (II.) valamint az ismert rákellenes hatású vinblasztin (5) egyik ezidáig kevéssé hatásosnak talált komponensének a vindolinnak (2) olyan új származékait szintetizáltuk, amelyek jelentős citosztatikus aktivitásúnak bizonyultak. (I.) A (-)-galantamin (1) az Amaryllidaceae alkaloidok sorába tartozik. Szelektív acetilkolin-észteráz inhibitor. Ausztriában, Svédországban és Angliában az Alzheimer-kór kezelésében használják, de már Európa-szerte és az Egyesült Államokban is a galantaminnal kapcsolatos klinikai vizsgálatok az utolsó fázisban vannak. Magyarországon is forgalomban van ivalin néven, de egyelőre izomgyengeség jellegű kórképekben és kurare-hatás kivédésére ajánlják [1]. A galantamin hatása kettős: az acetilkolin-észteráz gátlásán és az agyban a nikotinreceptorok modulációján alapul [2]. Az Alzheimer-kór kialakulásában nagy szerepet játszik a csökkent acetilkolin-szint, ezért a nikotin-receptorok modulációjára kifejtett szerepe révén az acetilkolin felszabadulása lassíthatja a betegség előrehaladását. Emellett az egyetlen olyan Alzheimer-kór kezelésére szolgáló szer, amely pozitív hatással van a kognitív teljesítményre (tanulás, emlékezés folyamata), a mindennapi élet tevékenységeire és magatartási zavarokra. 5
Korábban a galantamint extrakcióval állították elő tölcséres nárciszból (arcissus Pseudonarcissus L.) (1. kép) vagy a hóvirág (Galanthus Woronowii) hagymájából [3], és az ára igen magas volt; 1994-es adatok szerint kilogrammonként elérte az 50.000 dollárt [4]. A napjainkban egyre időszerűbbé váló hatásterület, a növekvő igények, a magas ár és a korlátozott alapanyag-ellátás indokolja azokat az erőfeszítéseket, 1. kép arcissus Pseudonarcissus L. amelyeket különböző kutatócsoportok tesznek a hatékony ipari szintézismódszerek kidolgozására. Az eddig ismert szintézisek többsége a galantamin előállítása során a biomimetikus intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolás módszerét alkalmazta arra a kulcslépésre, amelyben a kvaterner szénatom kialakul. éhány újabban közölt szintézis során az intramolekuláris Heck-reakció alkalmazásával kapott, benzofuránvázat tartalmazó triciklus felépítése után került sor az azepingyűrű kialakítására (ld. Irodalmi rész). A sikeres acetilkolin-észteráz inhibitorok kifejlesztésére irányuló érdeklődés olyan származékok szintézisét célozza, amelyeknek alapját a galantamin, mint "lead" molekulaszerkezet képezi. Az eddig ismert szintézismódszerek (ld. Irodalmi rész) azonban kevéssé teszik lehetővé a szerkezet szélesebb körű variációját. 6
(II.) Az indolvázas alkaloidok egyik jelentős képviselője a vindolin (2), amely a Vinca alkaloidok sorába tartozik, és amely a katarantinnal (3) együtt az ebbe a csoportba sorolható kiemelkedő citosztatikus hatású dimer alkaloidok, a gyógyszerként forgalomban lévő vinkrisztin (4) és vinblasztin (5) egyik komponense. H H 3 C H H CCH 3 CCH 3 H CH 3 CCH 3 2 3 9' 7' H 11' H H 3 CC H H H 3 C 12 H CH CCH 3 CCH 3 4 10' 11' 9' 12' 8' 13' 1' H H 3 CC 23' 22' 7' 2' 6' 5' H 4' 19' 18' 17' 21' 20' 16' 14' 3' 15' 5 3 4 14 H 9 6 21 15 20 10 19 18 8 7 H 11 13 2 17 1 H 3 C 16 CCH 12 3 H CH 3 CCH 3 5 7
A vinkrisztin és vinblasztin alkaloidokat a madagaszkári meténg (Catharantus roseus (L.) G. Don) (2. kép) nevű növényből izolálták [5]. A Catharantus roseus-t korábban helytelen botanikai meghatározás miatt Vinca rosea néven osztályozták, ezért nevezik a belőle izolált egyedülállóan sok, több mint 90 alkaloidot Vinca alkaloidnak. Ezek 2. kép Catharantus roseus L. a vegyületek a sejtosztódás során inhibitorként hatnak a metafázisbeli mitózisra. Meggátolják a húzófonalak képződését, amelyekre a kromoszóma-osztódásnál (3. kép) van szükség. Ezen kívül befolyásolják a sejt DS és RS szintetizáló képességét is. Annak ellenére, hogy ezek a vegyületek nagyon hasonló szerkezetűek, mégis eltérő hatást fejtenek ki a szervezetre [6]. A természetes anyagok kémiája a Vinca alkaloidokkal négy területen foglalkozik: (i) félszintetikus eljárások kidolgozása vinkrisztin és vinblasztin előállítására két fő építőelemükből a vindolinból (2) és a katarantinból (3), amely alkaloidok a Catharantus roseus-ban található fő alkaloidok; (ii) bioszintetikus kutatások, amelyek a hatásos alkaloidok nagy mennyiségű előállítását célozzák meg pl. a rekombináns géntechnikák alkalmazásával; (iii) totál szintézisek kidolgozása a szerkezet-hatás öszszefüggések vizsgálata céljából; (iv) valamint fontos feladat a hatásosabb, de kevésbé mérgező származékok előállítása is [5]. 3. kép Huzófonalak szerepe a sejtosztodásban A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszékén Szántay Csaba akadémikus és kutatócsoportja már korábban is jelentős eredményeket ért el ezen természetes anyagok kutatásában. Többek között sikeres kísérleteket végez- 8
tek a kevéssé mérgező 7 -nitrovinkrisztin származék a előállítására [7], megoldották mind a vinkrisztin, mind a vinblasztin 9,11 - illetve a 12-nitro származékának előállítását [8]. A vinblasztinból kiindulva 1 -(metoximetil)vinblasztinon keresztül 1 -alkoximetil, vagy cikloalkoximetil vegyületeket, illetve ezek tio-analogonjait állították elő [9], és még számos tudományos eredményt publikáltak ebben a témakörben [10]-[20], amelyek részletezésére ezen értekezés keretében nincs módom kitérni. a A vinblasztin, vinkrisztin és a vindolin származékok számozása esetén a biogenetikus számozási rendszert alkalmaztuk [5]. 9
2. Célkitűzés I. A Szántay Csaba akadémikus irányításával működő kutatócsoportunk új, egyszerű reakciókat alkalmazó flexibilis szintézismódszer kidolgozását tervezte meg galantamin (1) előállítására. Módszerünk szerint egyrészt az irodalomban leírt eddigi módszerektől eltérően a megfelelő a-d benzazepingyűrű felépítése után alakítjuk ki a spiro c gyűrűt, amelyet a b gyűrűzárás követ. Másfelől ez a módszer számos aromás a gyűrűben és d gyűrű nitrogénjén helyettesített származék előállítását teszi lehetővé, amely közelítés igen fontos a szerkezet-hatás összefüggés vizsgálata szempontjából. A szintézist az aromás gyűrűn megfelelően helyettesített (R 1, R 2 =H, Me) 2-tetralonból (9) terveztük indítani, ahol a 2-oxocsoport lehetővé teszi az 1-es helyzetbe olyan helyettesítők beépítését, ahol R 3 a későbbi spirogyűrű (c) ciklizálásához alkalmas csoport (8). Az azepingyűrű (d) kialakítása (7) után kerül sor a spiroketon gyűrűzárására (c-gyűrű), amelyből azt telítetlen ketonná alakítva (6), a metoxicsoport demetilezése után már lehetőség nyílik eljutni a galantaminhoz (1) vagy más, aromás gyűrűben, illetve azepin-nitrogénen helyettesített származékához. Feladatom a modellvegyületként alkalmazott, metoxicsoportot nem tartalmazó tetralonból kiindulva a szintézisút kidolgozása, amelyet később alkalmazhatunk a 10
metoxicsoporttal vagy egyéb csoportokkal helyettesített tetralonra, amely a szintézis végén a galantamint és származékait eredményezheti. II. Az irodalmi adatok szerint a vindolint (2) elsősorban dimer képzésre alkalmazzák. Bár a monomer alkaloid vindolint eddig meglehetősen inaktívnak tekintették és találták, felmerült annak a lehetősége, hogy a struktúra reakcióképes részeinek módosításával újabb, biológiailag hatásos vindolin-származékokhoz jussunk. Tekintettel arra, hogy a vinblasztin vindolin részére aminosavésztereket kapcsolva [21] a citotoxikus hatás előnyösebb lett, elsősorban a 16-os b helyzetű észtercsoport módosításával kívántunk eljutni új származékokhoz, amelyekben szintén aminosavszármazékokkal kapcsoltuk össze a molekulát. Vizsgáltuk továbbá az aromás gyűrű elektrofil ágensekkel támadható 10-es és 12-es b helyzetének reaktivitását is nitrálási és halogénezési reakciókban. H 10 H H 3 C 12 H 16 CCH 3 CH 3 CCH 3 A kapott új származékok az IH, Kéri György (MTA-SE Peptidbiokémiai Kutatócsoport) és Hudecz Ferenc (MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport) professzorok kutatócsoportjával együttműködésben kerültek biológiai vizsgálatokra. 2 b A vinblasztin, vinkrisztin és a vindolin származékok számozása esetén a biogenetikus számozási rendszert alkalmaztuk [5]. 11
3.1. Galantamin 3. Irodalmi összefoglalás A galantaminról 2006-ban összefoglaló közlemény jelent meg [22], amely részletesen foglalkozik a galantamin szintézismódszereivel, származékaival és farmakológiájával. Ebben a fejezetben ezért csak a legjellemzőbb és fontosabb előállítási módszereket mutatom be. 3.1.1. Galantamin szintézise fenolos oxidatív kapcsolással Számos természetes vegyület bioszintézisének az intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolás a kulcslépése. Az Amaryllidaceae alkaloidok, amelyeknek három fő szerkezeti típusa az oxomaritidin (12), a likorin (14) és a galantamin oxidált prekurzora a narvedin (13), norbelladin származékokból (10, 11) keletkeznek in vivo intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolással [23]. Barton és Kirby [24] a 11 difenolból kiindulva különböző körülmények között végzett oxidációval jutott racém narvedinhez alacsony termeléssel. A narvedint reszolválták, majd a (-)-narvedint [(-)-13] lítium-[tetrahidrido-aluminát(iii)]-tal redukálták, és így sikerült szintetizálni (-)-galantamint [(-)-1] és (-)-epigalantamint [(-)-15] igen alacsony termeléssel. xidáló ágensként mangán-dioxidot, ólom-dioxidot, ezüst(i)-oxidot, kálium-[hexaciano-ferrát(iii)]-ot 12
használtak. Bár a módszer preparatív jelentősége csekély, a szintézis során igazolták a galantamin abszolút konfigurációjáról alkotott korábbi elképzeléseket. Kametani és munkatársai [25] a 16 difenol-benzamid származékot oxidálták először kálium-[hexaciano-ferrát(iii)]-tal kloroform és 5%-os nátrium-hidrogén-karbonát oldat elegyében intenzív keverés mellett, másfél órás reakcióidővel, 55-60 C-on. Ilyen módon 5%-os termeléssel keletkezett a narvedin típusú orto-kapcsolt enon (17), és 10%-os kitermeléssel nyerték ki a para-kapcsolt dienont (18). Vanádium-oxid-kloridot alkalmazva oxidáló ágensnek, amelyet a 16 difenol-benzamid származék kloroformos oldatába csepegtettek szobahőmérsékleten és a reakcióelegyet ezután 4 órán keresztül kevertették, az enont 2, a dienont 2,5%-os termeléssel sikerült előállítaniuk. Rövidebb reakcióidő esetén csak az enon keletkezett. Az enont lítium-[tetrahidrido-aluminát(iii)]-tal redukálták. A redukció során racém galantamin (±)-1és racém epigalantamin (±)-15 keletkezett. 13
Kametani és munkatársai [26] szintetizálták a racém -norgalantamint (19; demetilgalantamin) és a racém -norlikoramint (20; demetildihidrogalantamin) is. Ezek megfelelő enantiomerjei alkotják a kvázi-racém nárciszamint, amely alkaloid a balra forgató norgalantamin és a jobbra forgató norlikoramin ekvimoláris keveréke. A nárciszamin szintén az Amaryllidaceae alkaloidok családjába tartozik, s számos nárciszfajtából izolálható. Előállításukhoz a 21 amid kloroformos szuszpenzióját előre elkészített kálium- [hexaciano-ferrát(iii)] vizes, nátrium-karbonátos oldatába adagolták intenzív keverés közben, majd az adagolás befejezése után másfél óráig kevertették 50 C-on. Kromatográfiás tisztítás után csak 0,7%-os termeléssel jutottak a 22 enonhoz. Az enont lítium-[tetrahidridoaluminát(iii)]-tal tetrahidrofurán oldószerben redukálták racém demetilgalantaminná (19). Végül az α,β-telítetlen hidroxi-származék katalitikus hidrogénezésével 5%-os csontszenes palládium katalizátor jelenlétében jutottak a racém -norlikoraminhoz (20). A racém galantamint (1) norgalantaminból formalin-hangyasav elegyben történő 3,5 órás forralással állították elő 70%-os termeléssel. 14
A (-)-galantamin bioszintézise L-tirozinból (23) indul [27],,-dimetilnorbelladin (11) para-orto intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolásával keletkező (-)-narvedinen [(-)-13] keresztül. Ezért is választották Shimizu és munkatársai [27] szintézisük alapvegyületének az L- tirozint (23), amelyből 77%-os termeléssel állították elő a 24 (-)-norbelladin típusú fenolt, 15
amelyet 5 mól ekvivalens [trisz(acetilacetonáto)-mangán(iii)] reagenssel oxidáltak acetonitril oldószerben 5 órás forralással (+)-narvedin típusú enonná (25). Ezt a vegyületet dietilfoszfodklóridáttal reagáltatva (+)-26 keletkezett, amelyből a (-)-galantaminhoz 6 lépésen keresztül jutottak el, amelyek során enantiomer transzformációt alkalmaztak, valamint metoxikarbonil-csoportot amidon keresztül, a foszfát-csoportot a vázról pedig cseppfolyós ammóniában fém nátriummal távolították el. Később Shimizu és munkatársai [23] tovább finomították a (+)-narvedin típusú enon (25) nagymértékben regiospecifikus aszimmetrikus ciklizációval történő előállításának módszerét; aminek következtében az eredeti 34%-os termelést 49%-ra növelték. H H CCH 3 CF 3 Mn(acac) 3 CCH 3 CF 3 H 3 C H 24 H 3 C H 25 H CCH 3 25 CF 3 6lépés CH 3 H 3 C P(C 2 H 5 ) 2 (+)-26 H 3 C (-)-1 Szewczyk és munkatársai [28] kifejlesztettek egy alternatív szintézist, amellyel racém galantamin (1) állítható elő. Ehhez a vegyülethez a kereskedelmi forgalomban kapható izovanillinból és tiraminból kiindulva öt lépésben jutottak el kb. 7%-os kitermeléssel. A 16
kulcslépés során a 27 formamidból alakították ki a racém 2-bróm--demetil--formilnarvedint (28) kálium-[hexaciano-ferrát(iii)]-tal kloroform és vizes nátrium-karbonát kétfázisú elegyében 21%-os kitermeléssel. Később Szewczyk és munkatársai [29] 2 ekvivalens bróm alkalmazásával a tiramin gyűrűben orto-brómozást is végrehajtottak, amelynek köszönhetően javítottak az oldékonyságon, és így az oxidációs kapcsolás során a korábbi 21% helyett a mennyiségtől függően 38-43%-os termelést értek el. Így a korábbi 11%-os össztermelést 24%-ra javították. Vlahov és munkatársai [30] a 29 diolból kiindulva hajtották végre az oxidatív kapcsolást. Kálium-[hexaciano-ferrát(III)] oxidáló ágenst használtak kloroform oldószerben, és 5%-os nátrium-hidrogén-karbonát jelenlétében, 90 perces 60 C-os keverés mellett. Ilyen reakciókörülmények között 15%-os termeléssel jutottak a 30 narvedin típusú dienonhoz. A továbbiakban mikrobiológiai transzformációt hajtottak végre, és az azt követő lítium-[tetrahidrido- H H H 3 C 29 Br CH 3 K 3 [Fe(C) 6 ] 5%a 2 C 3 CHCl 3 H H 3 C 30 Br CH 3 17
aluminát(iii)] redukálószer alkalmazásával jutottak el a racém galantaminhoz (1), valamint a (-)-epigalantaminhoz [(-)-15]. Czollner és munkatársai [31] a 3,4-dimetoxibenzaldehid metanolban 92%-os termeléssel végrehajtott brómozásával, és az ezt követő 83%-os kénsavban végzett demetilezéssel jutottak el a 6-brómizovanillinig. Ezt 4-(2-aminoetil)fenollal kondenzálták, a keletkezett imint izolálás 18
nélkül nátrium-[tetrahidrido-borát(iii)]-tal redukálták a 31 vegyületté (termelés: 95%), majd etil-formiáttal formilezték (32) (termelés: 90%). Az oxidatív ciklizációt 12 kg-os nagyságrendben hajtották végre kálium-[hexaciano-ferrát(iii)] segítségével toluol vizes nátriumkarbonát kétfázisú elegyében. Így megkapták a brómnarvedint (33) (45-50%-os termeléssel), amelynek oxocsoportját 1,2-propándiollal védték (34) (termelés: 90%), majd lítium- [tetrahidrido-aluminát(iii)]-tal redukálták, végül a védőcsoport eltávolításával alakították át racém narvedinné (13) (termelés: 95%). A racém narvedinból (-)-narvedin alkalmazásával másodfajú aszimmetrikus transzformációval 80%-os termeléssel kapták a (-)-narvedint [(-)- 13]. Ezt L-szelektrid segítségével redukálták (-)-galantaminná [(-)-1], majd hidrogén-bromid sót képeztek [(-)-1*HBr] (termelés: 99%). Kita és munkatársai [32] norbelladin származékból kiindulva, PIFA reagens segítségével (ezzel a reagenssel bolgár kutatók is végeztek hasonló kísérleteket [33]) a különböző minőségű para helyzetű védőcsoportok alkalmazásától függően (35a-k) para-orto vagy para-para regioszelektív intramolekuláris fenolos kapcsolást hajtottak végre (1. táblázat). A 36f gyűrűzárt vegyületből kiindulva számos Amaryllidaceae alkaloidot szintetizáltak, így racém galantamint (1), norgalantamint, narvedint (13), sanguinint, likoramint és leukotamint. Megemlítendő az a tény, hogy a 35e-g, 35j és 35k norbelladin származékok egyáltalán nem reagáltak a korábban használt kálium-[hexaciano-ferrát(iii)]-tal és a [trisz(acetilacetonát)- mangán(iii)] reagenssel sem. 19
Szubsztrát 35 Termelés (%) R 1 R 2 R 3 36 37 a CH 3 CH 3 SPh 0 0 b CH 3 CH 3 TMS 0 26 c -CH 2 - Br 6 2 d -CH 2 - SPh 0 0 e -CH 2 - TMS 32 0 f -CPh 2 - TMS 36 9 g -C(CH 3 ) 2 - TMS 46 12 h -CPh 2 - H 0 60 i -C(CH 3 ) 2 - H 0 55 j -CPh 2 - TES 37 0 k -CPh 2 - TBDMS 28 0 1. táblázat ode és munkatársai [34],[36] szintézisük során intermedierként olyan norbelladinszármazékot alkalmaztak, amely pirogallol részt tartalmaz (38a-h). Az intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolást 2,2,2-trifluoretanolban hajtották végre PIFA reagens segítségével. Csaknem minden esetben a 39b-h dienonhoz jutottak jó termeléssel (2. táblázat), azonban a 38a vegyületnél közvetlenül narvedin származékot (40a) kaptak, de csekély termeléssel. Megemlítendő még, hogy a 38d vegyület szobahőmérsékleten végzett reakciójánál közel azonos termeléssel izolálták a dienont, mint az alacsonyabb hőmérsékleten végrehajtott kapcsolásnál, azonban a reakcióidő sokkal kisebb volt. Mivel a kapott dienonok (39c, 39g) szelektív demetilezése nehézségekbe ütközött, ezért a dibenzil-származékot (39d) választották a narvedin-származék előállításához. A debenzilezési reakciót különféle reakciókörülmények között is megkísérelték (trifluorecetsav dimetil-szulfid, metánszulfonsav dimetil-szulfid, bór-triklorid diklórmetán), és ezek közül a legkedvezőbbnek reakcióidő és termelés szempontjából az alacsony hőmérsékleten bór-trikloriddal végzett reakció bizonyult (3. táblázat). A 20
felesleges hidroxilcsoportot trifluoracetoxi-csoporton keresztül távolították el palládium(0)- katalizátorral hangyasavban. Szubsztrát Reakció paraméterek Termék R 1 R 2 R 3 T, C t, min. % 38a H CH 3 CCF 3-20 20 40a 12 38b Bn Bn CH -40 120 39b 90 38c CH 3 CH 3 CH -40 15 39c 95 38d Bn CH 3 CH -40 60 39d 82 38d Bn CH 3 CH RT 15 39d 85 38e Allil CH 3 CH -40 30 39e 48 38f MM CH 3 CH -40 10 39f 43 38g CH 3 CH 3 CCF 3-40 120 39g 75 38h Bn CH 3 CCF 3-40 60 39h 53 2. táblázat T, C Idő Termelés, % CF 3 C 2 H, (CH 3 ) 2 S RT 4 nap 81 CH 3 S 3 H (10 ekv.), (CH 3 ) 2 S RT 2 óra 62 BCl 3 (3 ekv.), CH 2 Cl 2-78 20 óra 95 3. táblázat Később ode és munkatársai [35],[36] a korábbi szintézisük alapján, de egy könnyen eltávolítható segédgyűrű segítségével aszimmetrikus indukciót értek el. Így 23,4 %-os össztermeléssel jutottak a (-)-galantaminhoz. 21
3.1.2. Heck-reakció alkalmazása a galantamin szintézisében Ebben az irodalmi áttekintésben azokat a szintéziseket említem meg, amelyek során a gyűrű kialakítását nem az intramolekuláris fenolos oxidatív kapcsolással végzik, hanem a benzofuránvázat intramolekuláris Heck-reakcióval alakítják ki, amelyet az azepingyűrű bezárása követ. Trost és Toste [37] enantioszelektív szintézisük során a 2-brómvanillinból (41) kiindulva 4 lépésben (köztük intramolekuláris Heck-reakcióval) jutott el a benzofuránvázat tartalmazó származékhoz (42), amelyből további átalakítással kapta a vinil-étert (43) és a védőcsoport eltávolítása után reduktív aminálás vezetett a 3-dezoxigalantaminhoz (44). Az izolált terméket próbálták (-)-galantaminná alakítani direkt allil-oxidációval (szelén-dioxid, t-butil-perbenzoát, réz(i)-bromid), azonban nem jártak sikerrel. Ezért egy 4 lépéses módszert dolgoztak ki, amelyben először a kettős kötésen oxirán gyűrűt alakítottak ki, amelyet regioszelektíven bontottak fel nátrium-fenil-szeleniddel. Ezt követően kemoszelektíven oxidálták, amely származék melegítés hatására a (-)-izogalantamint (45) eredményezte, amit sborn-féle rénium(vii)- katalizátor segítségével alakítottak (-)-galantaminná. 22
Trost és Tang [38] kidolgozott egy újabb enantioszelektív szintézist, amelyben az előzővel megegyezően 2-brómvanillinből (41) indult ki, és a kvaterner szénatomot Heck-reakcióval alakította ki. A 41 vegyületet királis reagens (47) és palládium-katalizátor jelenlétében reagáltatták a glutáraldehidből két lépésben kialakított 46 ciklohexén-származékkal, és jó termelés mellett, jó enantiomerfelesleggel kapták a 48 aril-étert. Ezt négy lépésben alakították át β,γtelítetlen-nitrillé (49). Átkristályosítás után 96% enantiomerfelesleget értek el elfogadható H H 3 C Br + Troc 47 [ 3 -C 3 H 5 PdCl 2 ] 2 CH CCH 3 41 46 H 3 C CCH 3 Br 4lépés H 3 C Br C CH CH 48 49 Ph Ph H H PPh 2 Ph 2 P 47 termelés mellett. Ezen vegyület alkalmasnak mutatkozott a Heck-reakció megvalósítására, ezért palládium(ii)-acetát és bisz(difenilfoszfanil)propán katalitikus mennyiségének jelenlétében, valamint ezüst-karbonát feleslegben forralták toluolban, és jó termeléssel izolálták a benzofurán-származékot (50). A 3-as helyzetű hidroxilcsoportot szelén-dioxiddal alakították ki dioxánban 150 C-on, ám a reakció gyenge termeléssel eredményezte a 51 hidroxivegyületet. A d-gyűrűt onepot-reakcióban képezték az aldehid- és nitril-csoportból, és a galantamin [(-)-1] mellett 6%-kal epigalantamint [(-)-15] is izoláltak a reakcióelegyből. 23
2005-ben Trost és munkatársai [39] publikáltak egy további enantioszelektív szintézist, amely egyaránt alkalmas a (-)-galantamin valamint a (-)-morfin előállítására. Pilger és munkatársai [40] szintén az intramolekuláris Heck-reakciót alkalmazták 2-24
brómizovanillin származékból (52) történő benzofurán származék (53) előállítására. Metilamin és nátrium-[tetrahidrido-borát(iii)]-tal végzett reduktív aminálással kapták a tetraciklusos galantamin-vázat (54). Terveik szerint az amid redukciójával és az allil-helyzet funkcionalizálásával juthatnak el a racém galantaminhoz (1). Guillou és munkatársai [41] a Heck-reakcióval előállított laktont (55) metilamin 40%-os vizes oldatával reagáltatták, amely egy spontán Michael-addícióval triciklusos származékot (56) eredményezett. A kapott amidot paraformaldehiddel trifluorecetsavban reagáltatva kapták a 6-oxonarvedint (57). CH 3 H 2 H CH 3 CH 3 55 H 3 C 56 56 (CH 2 ) n TFA CH 3 H 3 C 57 Brown és munkatársai [42] 2-jódizovanillinből és királis propargil-alkohol származékból állította elő 5 lépésen keresztül az 58 vegyületet, amelyet Heck-reakció körülményei között alakított át a benzofurán vázat tartalmazó 59 vegyületté. A hidroxilcsoportot szelén-dioxiddal alakították ki, majd az azepingyűrűt a hidroxietil-csoport mezilezésével, majd azt követő védőcsoport eltávolítással kapták. 25
26
3.1.3. Egyéb módszerek a galantamin előállítására Fotokémiai úton [43] is sikerült eljutni brómfenol-amidokból (61, 62) kiindulva narvedin típusú enonokhoz (17, 63). A reakciókörülmények mindkét esetben hasonlóak voltak, az amidok vizes nátrium-hidroxidos oldatát higanygőz lámpákkal sugározták be 6-8 órán keresztül. H Br CH h 3 CH 3 H H 3 C H 61 H 3 C 17 Br CH h 3 CH 3 H 62 63 Holton és munkatársai [44] izovanillin metilszulfanilmetil-éteréből (64) kiindulva tiramin (65) felhasználásával reduktív aminálással (CH 3 H, 25 C, 2 h; 0 C, 0,5 h; abh 4, 0 C, 1 h) kapták a 66 szekunder amint, amelyet metileztek, és így jutottak az,-dimetilnorbelladin metilszulfanilmetil-éteréhez (67). A 67 vegyület gyorsan reagált lítium-[tetrakloropalladát(ii)]-tal (LTP) metanolban diizopropil-etil-amin jelenlétében, és így a 68 szerves palládium vegyület keletkezett kb. 1:1 arányú diasztereomer keverék formában. Ez utóbbi származékot 2 mól ekvivalens tallium(iii)-trifluoracetáttal kezelték másfél órán keresztül -10 Con 2:1 arányú diklórmetán és trifluorecetsav elegyében, majd 2 mól ekvivalens trifenilfoszfin 27
hozzáadása után 14 órán keresztül szobahőmérsékleten tartották, a reakcióelegyet kromatográfiásan tisztították, és így kapták a racém narvedint (13). Ezen a biomimetikus szintézis során izovanillinből kiindulva négy lépés után 44%-os termeléssel keletkezett a racém narvedin. Ennél a szintézisnél olyan példát láthatunk, ahol a védőcsoport helyett aktíváló csoportot alkalmaztak annak érdekében, hogy a gyűrűzárási lépés 28
regioszelektívitását irányítani tudják (p-p helyett p-o ). A palládium szerepe a szerzők feltételezése szerint az intermedier stabilizálása. Bár Sanchez és munkatársai [45] munkája nem tartozik a galantamin előállítására irányuló kutatások közé, mégis egy pár mondatban ismertetném, hiszen ebben a közleményben az Amaryllidaceae alkaloidokra jellemző tetraciklusos vázat alakították ki a likoramin szintézisekor. 2,3-Dimetoxifahéjsav-nitrilből (69) indultak ki, és 4 lépésben a 70 védett aldehidhez jutottak. Ezt követően redukálással, majd etoxikarbonil védőcsoport bevitelével 71 karbamátot állították elő, amelynek reakciója formaldehiddel, majd a tioketál hidrolizise eredményezte a 72 benzazepin-származékot. A spirogyűrű kialakításához Michael addiciót, majd azt követő cikloaddiciót és dehidratációt végeztek, és így jutottak a telítetlen ketonhoz 29
(73). Ez a szintézis a többiektől eltérően a-d benzazepin gyűrű kiépítése után alakítja ki a spirogyűrűt, amelyet végül a furángyűrű bezárása követ, amely megegyezik a mi munkahipotézisünkkel. Czollner és munkatársai [46] az előző szintézisben előállított 73 vegyületet brómozták kétféle módon dibrómmeldrumsav, valamint [benzil-trimetilammónium]-tribromid jelenlétében, majd a kapott brómszármazékokból (74, 75) hidrogén-bromid eliminációt hajtottak végre DB bázis jelenlétében. Az így előállított dienont (76) intramolekuláris Michael addicióba vitték, amely során etil-szulfiddal alumínium-klorid jelenlétében reagáltatták, és a reakció 5%-os termeléssel eredményezte a narvedin típusú enont (78). R Br H 3 C CC 2 H 5 a-b H 3 C CC 2 H 5 H 3 C 73 H 3 C a:dibrómmeldrumsav;b:bnme 3 + - Br 3 74R=H 75R=Br R 74 75 DB H 3 C CC 2 H 5 H 3 C 76R=H 77R=Br Et 2 S 76 AlCl 3 CC 2 H 5 H 3 C 78 30
Kutatócsoportunkban korábban Grewe-ciklizációval kívántuk bezárni az azepingyűrűt [47]. Ehhez izovanillin és p-metoxifeniletil-amin reakciójával előállítottuk a 79 szekunderamint, amelynek Birch-redukciója eredményezte a 80 enolétereket, valamint a 81 ciklohexénszármazékokat. Terveink szerint a 80 vegyület Grewe-ciklizációjával juthattunk volna el a spiro-szubsztituált-benzazepinhez, azonban többféle körülmény között különféle kiindulási vegyülettel (keton-, oxim-, hidroxi-, amino-, acetamino-, ketál- és tioketál-származék) végezve a ciklizációt, csak mellékreakciók mentek végbe. Egyedül a ciklohexén-részt tartalmazó vegyületet (81) sikerült Grewe-ciklizációval azepin-gyűrűvé (82) zárni, így ez volt az első eset, hogy a héttagú-gyűrű kialakítása Grewe-ciklizációval történt. CH 3 CH 3 H 3 C Li H 3 (l) H 3 C + H 3 C H 79 R H 80 R H 81 R H H 3 C H 3 P 4 H 2 S 4 H 3 C + H 3 C H 81 R H 82 R H 83 R R=H,CH 3, CH H 3 P 4 H 2 S 4 Fontos megemlíteni, hogy nemcsak a galantamin iránt, hanem különféle származékai iránt is mind a mai napig igen nagy az érdeklődés, amit bizonyít számtalan publikáció megjelenése [48]-[65], amelyek bemutatása már nem tartozik szorosan doktori munkámhoz. 31
3.2. Vindolinok irodalma Annak ellenére, hogy a vinkrisztin és vinblasztin az alkaloidkémiai kutatások talán leginkább vizsgált vegyületei, mégis a vindolin vagy rokon származékai A gyűrűjén végrehajtott egyszerű elektrofil szubsztitúciós reakciókról, mint pl. a nitrálás, halogénezés, nagyon kevés irodalmi adat található. Szántay Csaba akadémikus kutatócsoportja és a Richter Gedeon Rt.-ből Bölcskei Hedvig [66] kloroform és jégecet keverékében cc. salétromsavas reakcióban -20 C-on vindolinból (2) 71%-os termeléssel kaptak 10-nitrovindolint (84). Kutney és munkatársai [67] a 17- dezacetilvindolint (85) klórozták piridinben 5 C-on tionil-kloriddal. A reakció során jó termeléssel jutottak a 10-klór-17-dezacetilvindolinhoz (86). Kutney és kutatócsoportja [67] a 87, vindolinhoz hasonló szerkezetű laktám brómozását és formilezését vizsgálták. A 87 vegyületet brómciánnal szobahőfokon dioxánban, illetve benzolban melegítve előállították a 10-bróm- (88), illetve a 10,12-dibróm-származékot (89). Dimetilformamid és fenil-kloroformát Vielsmeyer-Haack reakciója a 10-formil-laktámot eredményezte (90). Ismert a vinkadifformin 10-bróm- (91), illetve 10-nitroszármazéka (92) is; előbbit - brómszukcinimiddel trifluorecetsavban szobahőfokon, a nitrovegyületet trifluorecetsavban 32
52,5%-os salétromsavval nitrálva kapták meg. Ez utóbbi katalitikus hidrogénezése a 10- aminovinkadifformint (93) eredményezte, majd ezt követő acilezése az acetamidoszármazékhoz (94) vezetett [68]. Kutney és munkatársai [69] dimer alkaloidok előállításának körülményei között izolálták a vindolin 10-[(2,2,2-trifluor-1-hidroxi)etil]származékát (95), amely a kapcsolási reakcióban alkalmazott trifluorecetsav-anhidrid Friedel-Crafts acilezésével elsődlegesen keletkező 10- (trifluoracetil)vindolin nátrium-[tetrahidridoborát(iii)]-tal redukált terméke. Ugyanezek a szerzők a vindolin 16-os helyzetű észterfunkcióját a 96 -metilamiddá alakították a vindolint metilaminnal 60 C-on bombacsőben 3 napon át reagáltatva. A vindolint vízmentes hidrazinnal forralva a 17-dezacetil-16-karbonsav-hidrazidhoz (97) jutottak [70]. A 10-es helyzetben pirrolidon-gyűrűt tartalmazó természetes anyagot, a bannucint (96) Atta-ur-Rahman és munkatársai [71] izolálták a Catharanthus roseus-ból. A 16-es helyzetű észtercsoport módosításáról az irodalomban csak a dimer alkaloidok reakcióival kapcsolatosan találhatók adatok. Ezek közül jelentős Bhushana Rao és munkatársai közleménye [21], amelyben a vinblasztin 16-os helyzetében lévő karbonil szénatomhoz aminosav-észterek kapcsolásáról számolnak be. Azon P338 leukémia sejtekkel beoltott egerek élettartama, amelyeket így előállított L-triptofánt tartalmazó származékokkal kezeltek, nagyobbnak bizonyult, mint vinblasztinnal kezelt társaiké. 33
H H H 3 CC H H H 3 C CCH 3 H CH 3 Am R H Am= L-Leu, D-Leu,L-Ile, L-Trp, D-Trp, L-Ala, L-Val, L-Ser, L-Tyr, L-Glu R=Me,Et,n-Bu,oktil 99 Berrier és munkatársai [72] a vindolin fluor-szubsztituált származékait szintetizálták, és ezeket a halogénezett vindolinokat kapcsolták katarantinnal a megfelelő dimerekké. A farmakológiai vizsgálatok szerint azonban az új származékok biológiai aktivitása elmaradt az eredeti dimerektől. 14 X H H H H 3 C H H 19 F CCH 3 H 3 C H H 17 F H CH 3 CCH 3 CH 3 CCH 3 100 X=Br 101 X=Cl 102 X=H 103 A 19-fluor-származékok előállítása szupersavakkal történt. HF-SbF 5 -BS reagens alkalmazása esetén a 14-bróm-19-fluor-származék (100) keletkezett, a 101 klórvegyület szintézise esetén HF-SbF 5 -CS elegyet használtak. A 100 és 101 vegyületek hidrogenolízise (Pd/C, EtAc-a 2 C 3 ) a 102 fluorvindolint eredményezte. Amennyiben a HF-SbF 5 szupersav hidrogén-peroxidot tartalmazott, a reakció eredménye a 17-dezacetil-19-fluor-14-hidroxivindolin (103) volt. Ismeretes a vindolin néhány oxoszármazéka is, így például a 17-oxo-17-dezacetoxivindolin (104), amelynek abh 4 hatására történő átrendeződését karbonát-származékká (105) francia szerzők írták le [73]. Az oxoszármazékot a 17-dezacetilvindolin oxidálásával kapták. 34
10-es helyzetben helyettesített indolt tartalmazó oldallánccal szubsztituált vindolinszármazékokat állítottak elő Fahy és munkatársai [74]. A szintézis első lépésében vindolint (2) metil-piruváttal reagáltattak trifluorecetsav katalizátor jelenlétében, és a 106 észterszármazékból több lépéssel jutottak el a célvegyületekhez. ovák és munkatársai [75] számos 10-es helyen aril-gyűrűvel szubsztituált vindolinszármazékot (107a-f) állítottak elő Suzuki-reakcióval, ennek során a vindolin 10-halogénszármazékait reagáltatták a megfelelő aril-boronsavakkal. 107 R 1 R 2 R 3 a H H H b H CH 3 H c H Ph H d 2 H H e F H F f CF 3 H CF 3 4. táblázat 35
4.1. Kísérletek a galantamin előállítására 4.1.1. Modellszintézis kidolgozása 4. Elméleti rész A tervezett szintézis kidolgozását először olyan modellvegyületen vizsgáltuk, amely nem tartalmaz metoxicsoportokat (a 10. oldalon bemutatott retroszintetikus úton). Ebben az esetben a kereskedelemben is kapható 2-tetralont (108) választottuk kiindulási vegyületnek. Az irodalomban leírt és Triton B-t alkalmazó előállítási módszert [76] vizsgáltuk először, azonban a közölt termelést nem tudtuk reprodukálni. Ezért a Michael addiciót Triton B helyett kálium-t-butoxiddal végeztük tetrahidrofurán és terc-butil-alkohol elegyében, amely 88%-os termeléssel eredményezte a várt bisz(cianoetil)-származékot (109). Ezt követően a oxocsoport eltávolítását kíséreltük meg. Ez a próbálkozás azonban nem vezetett eredményre, mert mind a hidrazin-hidráttal lúgos közegben végzett Kizsnyer-Wolf redukció, mind a megfelelő tioketál kialakítása során is csak bomlástermékek keletkeztek. Ha 109 vegyületet tozil-hidraziddal reagáltattuk etanolban forralva, akkor 27%-os termeléssel izoláltuk a reakcióelegyből a tozilhidrazon-származékot (110). Ennek is megkíséreltük redukálását, mint pl. nátrium-[tetrahidrido-borát(iii)]-tal, nátrium-[ciano-trihidrido-borát(iii)]-tal vagy butil-lítiummal, azonban ezekben az esetekben sem jutottunk értékelhető eredményhez. Mivel a közvetlen eltávolítások sikertelennek bizonyultak, ezért a közvetett módszert alkalmaztuk, amely végül is előnyösnek mutatkozott a szintézis szempontjából. Ennek érdekében a oxocsoportot először hidroxilcsoporttá redukáltuk. A redukciót nátrium-[ciano- 36
trihidrido-borát(iii)]-tal végezve szobahőmérsékleten jégecet és tetrahidrofurán elegyében, egy hetes reakcióidővel jutottunk 86%-os termeléssel a kívánt hidroxi-származékhoz (109). Megkíséreltük a redukció elvégzését nátrium-[tetrahidrido-borát(iii)]-tal szobahőmérsékleten diklórmetán metanol elegyben is, azonban a rövidebb reakcióidő mellett is csak 43%-os termeléssel izoláltuk a hidroxi-vegyületet. Ha a nátrium-[tetrahidrido-borát(iii)]-tal történt redukciót vizes metanolban 0 C-on végeztük, akkor 15 perces reakcióidő után 98%-kal nyertük ki a kívánt vegyületet a reakcióelegyből. C C C C a/b/c H 109 112 a: abh 3 C, THF, CH 3 CH; b: abh 4, CH 2 Cl 2, CH 3 H; c: abh 4, CH 3 H, H 2, 0 C Ezután a kapott vegyület (112) hidroxilcsoportját kívántuk kihasítani víz formájában. Erre a benzolban katalitikus mennyiségű p-toluolszulfonsav jelenlétében történő forralás tűnt legalkalmasabb módszernek. Ez a reakció azonban nem a várt telítetlen-származék (113) helyett csak bomlástermékeket eredményezett. C C C C H PTS benzol 112 113 Ezek után a hidroxilcsoportot átalakítottuk a jó lehasadó csoportok közé tartozó trifluoracetoxi-csoporttá (114), amelynek forralását katalitikus mennyiségű p-toluolszulfonsav jelenlétében végeztük el, de ekkor a reakcióelegyből a 115 savat izoláltuk. 37
Az irodalomban talált analógia [77] alapján jó termeléssel juthatunk a telítetlen származékhoz, ha a víz eliminációt foszforil-trikloriddal végezzük piridinben. Ezt a reakciót mi is elvégeztük, és 3 órás forralás, majd azt követő preparatív vékonyrétegkromatográfia segítségével történő tisztítás után 61%-os termeléssel izoláltuk a dihidrotetralin-származékot (113), valamint 22%-os termeléssel a 116 telítetlen ketont. Meglepő módon a telítetlen származék (113) állás közben a levegő oxigénje segítségével átalakult a kívánt olefin-ketonná (117), azonban ez nem bizonyult preparatív módszernek. Ez a spontán oxidáció eredményezheti a 116 vegyület keletkezését, amelyet megelőz a kettős kötés konjugált helyzetbe történő átvándorlása. Későbbiekben nagyobb mennyiségben állítottuk elő a dihidronaftalin-származékot (113), amelyet azonnal továbbdolgoztunk, így nem tapasztaltuk a 116 vegyület keletkezését. 38
A 113 telítetlen-származék oxidációjára nagyon jó preparatív módszernek bizonyult a króm(vi)-oxiddal vizes ecetsavban végzett reakció. A króm(vi)-oxid lassú, hűtés közbeni adagolása után a reakcióelegyet egy órán keresztül kevertettük szobahőmérsékleten, majd a feleslegben lévő oxidálószert i-propil-alkohollal elreagáltattuk. Így a feldolgozás után 89%-os termeléssel kaptuk a 117 tetralon-származékot. Munkahipotézisünk szerint a kapott 117 ketont oximon keresztül átalakíthatjuk a megfelelő azepinonná. Ennek érdekében a tetralon-származékot (117) vizes etanolban refluxáltatva hidroxilamin-hidrokloriddal reagáltattuk. A reakció a várt telítetlen oximot (118) (62%) eredményezte, azonban ennek tetrahidrofuránban foszfor-pentakloriddal elvégzett átrendeződési reakciója során csak bomlástermékek keletkeztek. 39
A telítetlen oxim képzése és Beckmann-átrendeződésének sikertelensége miatt a telítetlen ketont (117) először katalitikusan hidrogéneztük, majd a kapott telített ketont (120) a jobb oldhatóság miatt diklórmetán etanol elegyében hidroxilamin-hidrokloriddal reagáltattuk 1 héten keresztül szobahőmérsékleten. A reakció a várt telített oximot (121) eredményezte 92%-os termeléssel. Az így előállított telített oxim már alkalmasnak tűnt a Beckmann-átrendeződési reakcióra. Foszfor-pentakloriddal tetrahidrofuránban reagáltatva 121 oximot a reakció a 122 azepinont eredményezte. Mivel a szintézis során a kapott laktám izomerjére van szükségünk, ezért más reakciókörülményeket választottunk. Választásunk a dioxánban tionil-kloriddal történő átren- C C C C PCl 5 THF 122 H SCl 2 dioxán C C H 121 H 123 40
dezési körülményekre esett. Ebben az esetben a 54%-os termeléssel regioszelektíven a várt benzo[c]azepinon-származék (123) keletkezett. A kapott benzo[c]azepinon-származék (123) metanolban száraz hidrogén-klorid gáz bevezetésével történő Pinner-reakcióval átalakítható volt a 124 diészter-azepinon származékká (89%). A diésztert Dieckmann-kondenzációba vittük, amelyben kálium-t-butoxid jelenlétében megtörtént a c-gyűrű bezárása 80%-os termeléssel. A 125 β-oxo-észterből kétféle módszerrel juthatunk a kívánt spiro-származékhoz (126): az egyik egy savas hidrolízis, majd azt követő termikus dekarboxilezés, a másik pedig acl jelenlétében végzett demetoxikarbonilezés. Mindkét módszert elvégeztük, és a második bizonyult termelés (86%) és kivitelezés szempontjából kényelmesebbnek. CCH 3 1HCl,C 2 H 5 H, v.acl,dmf,h 2 H H 125 126 Terveink szerint a laktám-karbonil-csoportjának reduktív eltávolításával juthatunk olyan intermedierhez, amely alkalmasnak mutatkozik az oxidációs reakció megvalósítására. Ehhez azonban a c-gyűrű oxo-csoportját védeni kell, hogy a redukálás során ne képződjön hidroxiszármazék. Ezért a legegyszerűbb védési reakcióval, a ketálképzéssel maszkíroztuk az oxocsoportot (termelés 92%), majd tetrahidrofuránban forralva redukáltuk lítium- [tetrahidrido-aluminát(iii)] jelenlétében. A reakció a 128 azepin-ketált eredményezte 67%-os termeléssel. 41
etilénglikol BF 3 *Et 2 CH 2 Cl 2 LiAlH 4 THF H H H 126 127 128 Az azepin-származékot metileztük a kutatócsoportban korábban már többször sikeresen alkalmazott metilezési módszerrel [78], amely során nátrium-[ciano-trihidrido-borát(iii)] és formalin jelenlétében megtörtént az -metilezés (129). A keletkező 129 -metilazepin-ketált nem izoláltuk, hanem diklórmetán és sósav-oldat elegyében történő kevertetéssel eltávolítottuk a védőcsoportot, és így sikerült tisztán kinyerni a 130 -metilazepin-ketont 65%-os termeléssel. CH 2,aBH 3 C 1HCl CH 3 CH CH 3 C H CH 3 CH 3 128 130 129 A kapott termékkel lehetőségünk nyílt az oxidációs reakciók vizsgálataira. Választásunk elsőként az irodalomban ismert icolaou-féle oxidációs reakcióra [79]-[81] esett, amely során o-jodilbenzoesav jelenlétében a reagens mennyiségének megfelelő megválasztásával az α,β-monotelítetlen, illetve az α,β,α,β -ditelítetlen-származék képződhet. Mivel ezek a kísérletek nem vezettek eredményre, ezért megkíséreltük α-helyzetű brómozással, majd ezt követő HBr-eliminációval eljutni a telítetlen-keton származékhoz, azonban elemi brómmal kloroformban, dioxán-dibromiddal, valamint -brómszukcinimiddel dibenzoil-peroxid jelenlétében, illetve anélkül végzett reakciók csak bomlástermékeket eredményeztek. Ezek után számos oxidációval megpróbálkoztunk, de egyik sem vezetett értékelhető eredményhez. 42
a: IBX, DMS-toluol 1:2, reflux; b: Mn 2, kloroform, 3Ǻ molekulaszita, RT; c: Mn 2, kloroform, 3Ǻ molekulaszita, reflux; d: DDQ, dioxán, reflux; e: Se 2, t-pentil-alkohol, jégecet, reflux; f: Pd/C katalizátor, toluol, 2, reflux; g: Pd/C katalizátor, toluol, reflux; h: kénpor, xilol, reflux; i: különböző Raney-i katalizátor, alkohol, reflux; j: PdCl 2, t-butil-alkohol, cc. HCl; k: Br 2, CaC 3, kloroform; l: BS, szén-tetraklorid, dibenzoil-peroxid; m: BS, szén-tetraklorid Mivel az -metilazepin (130) a reakciók során bomlékonynak tűnt, továbbá csak egy-két hónapig volt tárolható hűtőszekrényben argon-gáz alatt különösebb bomlás nélkül, ezért törekedtünk másik intermediert keresni, amely stabilisabb, és alkalmas az oxidációs kísérletek megvalósítására. Ilyen vegyület a 126 spiroketon-laktám, amelynek o-jodilbenzoesavval történő reakciója a 132 monotelítetlen származékot eredményezte 50%-os termeléssel. Megjegyzendő, hogy a laktámgyűrűben is oxidáció játszódott le imid képződés közben. A második C- C kettős kötést azonban nem sikerült ezzel a módszerrel kialakítani, ezért más megoldást kerestünk és találtunk. Szelén-dioxiddal végezve az oxidációt, megkaptuk a α,β,α,β - ditelítetlen-származékot (133), 38%-os termeléssel. Annak érdekében, hogy a benzazepindion (133) imidkarbonil-csoportjait lítium- [tetrahidrido-aluminát(iii)]-tal redukálhassuk, ebben az esetben is szükség volt a oxocsoport 43
megvédésére. Ezt a már korábban bevált módszer szerint ketálképzéssel terveztük megvalósítani. A két C=C kettős kötést tartalmazó vegyület (133) etilénglikollal történő reakciója azonban nem vezetett eredményre sem bór-trifluorid-éterát, sem pedig p-toluolszulfonsav katalizátor jelenlétében. Változatlan kiindulási anyagot kaptunk vissza akkor is, ha a reakcióban kollidinium-p-toluolszulfonátot (CPTS) használtunk. Sikertelenek voltak a dimetil-, ill. dietilacetál képzésre irányuló kísérleteink is. a-e H H 133 134 a: etilénglikol, bór-trifluorid-éterát; b: etilénglikol, PTS; c: etilénglikol, CPTS; d: trimetil-ortoformiát, PTS; e: trietil-ortoformiát, PTS Ezen sikertelen kísérletek után a továbbiakban a csak egy C=C kötést tartalmazó 132 ciklohexenon ketálképzési reakcióját vizsgáltuk. Bór-trifluorid-éterát, ill. p-toluolszulfonsav esetén itt sem történt reakció, azonban kollidinium-p-toluolszulfonátot alkalmazva benzolban történő forralás esetén 62%-os termeléssel jutottunk a várt ketálhoz (135). A ketál (135) lítium-[tetrahidrido-aluminát(iii)]-tal történt redukciója 59%-os termeléssel eredményezte a várt azepint (136). A kapott szekunder amint (136) a korábban már bevált módszer alapján kívántuk -metilezni, azonban a feldolgozás után a 137 telítetlen-ketonhoz jutottunk. 44
Ezután változtattunk a reakciók sorrendjén. Először a 135 imidet metileztük metiljodiddal kálium-karbonát jelenlétében, így 72%-os termeléssel kaptuk meg az -metil-imidet (138). A 138 származék redukciója a várt -metilbenzazepint (139) eredményezte. Erről tisztítás nélkül sósavas kezeléssel eltávolítottuk a ketál védőcsoportot, és így eljutottunk a várt spiro[-metilbenzazepin-ciklohexenon]-hoz (140). Ezzel sikerült 15 lépésben, 3,3%-os össztermeléssel előállítani a metoxicsoportot nem tartalmazó modellkísérletek célmolekuláját. 45
4.1.2. A 7,8-dimetoxi-2-tetralon szintézise Ahhoz, hogy a szintézis végén a galantaminhoz jussunk, kiindulási vegyületként a 7,8- dimetoxi-2-tetralont kell választani (l. retroszintézis a 8. oldalon). Ez a kereskedelemben nem kapható, az irodalomban csak bonyolult, nehezen megvalósítható szintézisutak vannak előállítására [82]-[90]. Ezért kidolgoztunk egy szintézist, amely során egyszerű lépéseken keresztül sikerült ezen kiindulási anyag előállítását megvalósítanunk, valamint amely elkerüli olyan reagensek alkalmazását mint pl. a kéndioxid, amely az irodalomban használatos. A kereskedelemben kapható 3-metilpirokatechint (141) irodalmi adatok alapján [91] metileztük dimetil-szulfáttal ah jelenlétében 2,3-dimetoxi-toluollá (142) 83%-os termeléssel, amelyet diklórmetil-metiléterrel reagáltattunk Lewis savként ón-tetrakloridot alaklmazva, és így a kívánt benzaldehid-származékhoz (143) jutottunk 98%-os termeléssel [92]. A következő lépésben az aldehidet (143) a Knovenagel-kondenzáció körülményei között malonsavval forraltuk piridinben piperidin bázis jelenlétében, amely során 93%-os termeléssel jutottunk a fahéjsav-származékhoz (144). A kapott savat etanolban kénsav jelenlétében észterré alakítottuk (145). A reakció feldolgozása után 93%-os termeléssel izoláltuk a kívánt terméket. 46
A Dieckmann-gyűrűzáráshoz szükséges másik észtercsoport kialakítását a metilcsoport brómozásával, majd a bróm nitril-csoportra történő cseréjével, végül Pinner-reakció körülményei között végezhetjük el. Ezért a kapott fahéjsavésztert (145) -brómszukcinimiddel forraltuk szén-tetrakloridban dibenzoil-peroxid gyökképző jelenlétében. A nyerstermék tisztítása után 67%-os termeléssel jutottunk a kívánt brómmetil-származékhoz (146). Bár környezetvédelmi okok miatt megkíséreltük a szén-tetrakloridot lecserélni más oldószerre (pl.: diklóretán, ecetsav, kloroform, diklórmetán), azonban egyik esetben sem sikerült elérni vagy javítani a szén-tetrakloridban végzett reakció termelését. A brómozási reakcióban kapott termék (146) nátrium-cianiddal szobahőmérsékleten dimetil-formamidban 1 óra alatt már könnyen, 90%-os termeléssel a kívánt nitrillé (147) volt alakítható. A reakció során kezdetben 6 ekvivalens cianidot alkalmaztunk, azonban bebizonyosodott, hogy a reakció a reakciókörülmények változtatása nélkül 2 ekvivalens alkalmazása esetén is végbement, így 86%-os termeléssel jutottunk a termékhez (147). A tetralon-gyűrűhöz két úton juthatunk el. Vagy a nitrilt Pinner-reakcióban észterré alakítjuk, amelyet katalitikusan hidrogénezünk, azt követően pedig Dieckmann-kondenzációval bezárhatjuk a gyűrűt, végül pedig az etoxikarbonil-csoport eltávolításával a kívánt 7,8- dimetoxi-2-tetralonhoz (152) juthatunk. Alternatív lehetőségként a ciano-származék katalitikus hidrogénezésével megkaphatjuk a telített-nitrilt, amelyet a Thorpe-reakció körülményei között ciklizálhatunk, végül hidrolízissel és dekarboxilezéssel juthatunk el a célvegyületünkhöz. Elsőként a nitrilt (147) Pinner-reakcióban etanolban száraz sósav-gáz bevezetése mellett a megfelelő észterré (148) alakítottuk 93%-os termeléssel. 47