Національна академія наук україни

Інститут органічної хімії

Родік

Роман Васильович

УДК 547.03+547.562+547.298.3+547.79

ФУНКЦІОНАЛІЗАЦІЯ КАЛІКСАРЕНІВ

АЗОТОВМІСНИМИ ФАРМАКОФОРНИМИ ГРУПАМИ

02.00.03 – органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Київ–2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі хімії фосфоранів Інституту органічної хімії НАН України

Науковий керівник: кандидат хімічних наук

Бойко В’ячеслав Іванович

Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ,

старший науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук

Бальон Ярослав Григорович

Інститут ендокринології та обміну речовин ім. В.П. Комісаренка АМН України, м. Київ, завідуючий лабораторією органічного синтезу

доктор хімічних наук

Войтенко Зоя Всеволодівна

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка МОН України, доцент кафедри органічної хімії

Провідна установа: Інститут біоорганічної хімії та нафтохіміі НАН України, м. Київ, відділ механізмів біоорганічних реакцій.

Захист дисертації відбудеться „22” червня 2006 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.217.01 в Інституті органічної хімії НАН України за адресою 02660, м. Київ-94, вул. Мурманська, 5, факс (044) 573-26-43.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України.

Автореферат розісланий „7” травня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор хімічних наук Вовк М. В

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми: Каліксарени – макроцикличні сполуки, які отримують прецизійною циклоконденсацією пара-заміщених фенолів і формальдегіду. Вони мають внутрішньомолекулярні високовпорядковані ліпофільні порожнини, утворені ароматичними фрагментами макроциклічного кістяка і демонструють унікальну здатність розпізнавати та зв’язувати в стійкі комплекси типу "гість-господар", а також розділяти близькі за властивостями катіони, аніони та нейтральні молекули. Ці властивості широко використовуються при створенні екстрагентів для переробки радіоактивних відходів, супрамолекулярних каталізаторів, сенсорів.

Попередня організація декількох біоафінних груп на молекулярній платформі каліксаренів використовується для створення високоефективних та селективних рецепторів біологічно важливих молекул. Наприклад, каліксарени з пептидними групами на верхньому вінці макроциклу селективно зв’язують цитохром-С, проявляють бактерицидну активність, близьку до активності антибіотика ванкоміцину. Тетрасульфонатокаліксарени, завдяки зв’язуванню з амінокислотними сайтами специфічних білків, є антикоагулянтами і антитромботиками. Цинк-мідні металокомплекси амінокаліксаренів є ефективними каталізаторами естерифікації (трансестерифікації) фосфорних кислот та РНК. Каліксарени із залишками вуглеводів розглядаються як перспективні протипухлинні агенти. Отже, використання каліксаренової платформи для розміщення декількох просторово-організованих біоафінних груп виступає лейтмотивом прояву фізіологічної активності, а синтез таких сполук є актуальним напрямком органічної та фармацевтичної хімії.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно тематики відділу хімії фосфоранів Інституту органічної хімії НАН України “Дизайн, синтез та дослідження біоактивних каліксаренів” (№ держреєстрації 0102U000802) та в рамках програми НАН України “Новітні медико-біологічні проблеми та навколишнє середовище людини” за темою “Проведення синтезу каліксаренів та вивчення їх комплексоутворення з біологічно активними речовинами різноманітних класів” (№ держреєстрації 0104U007742).

Метою роботи була розробка зручних синтетичних шляхів функціоналізації каліксаренів циклічними та ациклічними азотовмісними фармакофорними групами різних класів, вивчення їх фізико-хімічних властивостей, а також дослідження їх структури, конформаційних особливостей та фізіологічної активності.

Завдання дослідження:

1. Розробка методів синтезу похідних каліксаренів, які містять два або чотири амідних, карбамідних, амідинових, імінних, холінових, гліцинових, тетразольних, хіназолінонових та амінофосфонових фармакофорних угруповання.

2. Дослідження будови отриманих сполук методами ЯМР- та ІЧ-спектроскопії, рентгеноструктурного аналізу, молекулярного моделювання.

3. Вивчення біологічної активності отриманих сполук.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено зручні методи синтезу ряду калікс[4]аренів, функціоналізованих двома та чотирма амідними, карбамідними, амідиновими, імінними, амінофосфоновими та холіновими фармакофорними групами. Отримано каліксаренімідоїлхлориди – високореакційні каліксаренові синтони, які використані для синтезу каліксаренів, функціоналізованих тетразольними та хіназоліноновими гетероциклічними системами. Сукупністю фізико-хімічних методів досліджено просторову будову та конформаційну поведінку отриманих каліксаренів. Установлено, що отримані ді- та тетраалкоксикалікс[4]арени у розчинах та в кристалічному стані мають стабілізовану водневими зв’язками або лабільну конформацію сплощений конус. Знайдено, що завдяки стеричним ефектам трет-бутилкаліксаренхіназолінони при кімнатній температурі знаходяться в розчинах у вигляді трьох загальмованих конформерів. Каліксарени з донорними атомами азоту утворюють комплекси з перехідними металами та паладієм. Показано, що отримані каліксарени можуть утворювати міжмолекулярні асоціати завдяки процесам самовключення, міжмолекулярним водневим зв’язкам, СН-?, р-р та електростатичним взаємодіям.

Практичне значення одержаних результатів. Знайдено, що тетрапропоксикалікс[4]арени, функціоналізовані по верхньому вінцю макроциклу чотирма сульфоніламідиновими групами, селективно впливають на Mg2+, АТФ-залежні Ca2+ транспортні системи гладеньком’язових клітин. Дипропоксикалікс[4]арени з двома амінофосфоновими групами здатні блокувати транспортну активність K+, ATФ-залежної натрієвої помпи гладеньком’язових клітин. Калікс[4]арендіамід п-хлоробензойної кислоти зв’язується з бенздіазепіновими рецепторами головного мозку ссавців. Таким чином, отримані каліксарени є перспективними сполуками для дизайну фізіологічно активних речовин та реагентів для біохімії і медицини. Металокомплекси каліксаренів є перспективними як моделі металоензимів.

Особистий внесок здобувача. Систематизація та обробка літературних даних, весь обсяг експериментальної роботи, узагальнення одержаних результатів, аналіз даних ЯМР-спектроскопії та РСА і дослідження стереохімії отриманих сполук виконані особисто здобувачем. Постановка завдання та обговорення результатів дослідження проведено разом з науковим керівником к.х.н. В.І. Бойком та зав. відділом д.х.н. В.І. Кальченком. Дослідження методом динамічної ЯМР-спектроскопії виконані у співробітництві з к.х.н. В.В. Пироженком; отримання металокомплексів каліксаренів виконані у співробітництві з к.х.н. Л.В. Цимбал та д.х.н. Я.Д. Лампекою (Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України); рентгеноструктурні дослідження виконані аспіранткою О.Б. Данилюк, доктором К. Сувінською та професором Я. Ліпковським (Інститут фізичної хімії Польської академії наук); біохімічні дослідження виконані у відділі біохімії м’язів Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України к.б.н. Слінченко Н.М., к.б.н. Бабіч Л.Г., к.б.н. Шликовим С.Г., к.б.н. Борисовою Л.А. та к.б.н. Векліч Т.О. під керівництвом член-кореспондента НАН України, д.б.н. С.О. Костеріна, біомедичні дослідження виконані у відділі медичної хімії Фізико-хімічний інституту ім. О.В. Богатського НАН України аспіранткою Н.В. Ткачук, к.х.н. С.Ю. Макан під керівництвом академіка НАН України С.А. Андронаті.

Апробація роботи. Результати роботи були представлені і доповідались на національних і міжнародних конференціях, а саме: International Conference on Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles (Харків, 2003); Ukrainian-Polish-Moldavian Symposium on Supramolecular Chemistry (Київ, 2003); ХХ Українській конференції з органічної хімії, присвяченій 75-річчю від дня народження академіка О.В.Богатського (Одеса, 2004); VI Регіональній конференції молодих вчених та студентів (Дніпропетровськ, 2005); III Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Харків, 2005); Конференції-звіті з комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України “Дослідження в галузі сенсорних систем та технологій” (Київ, 2005); Moldavian-Polish-Ukrainian Symposium on Supramolecular Chemistry (Кишинів, Молдова, 2005).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 4 статті та тези 7 доповідей на конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел (107 найменувань), містить 27 схем, 41 рисунок та 3 таблиці. В першому розділі зроблено літературний огляд біологічно активних каліксаренів. Другий розділ присвячений розробці методів синтезу каліксаренів, функціоналізованих циклічними та ациклічними азотовмісними фармакофорними групами, та синтезу металокомплексів на їх основі. У третьому розділі досліджено будову отриманих каліксаренів за допомогою фізико-хімічних методів. Четвертий розділ містить методики синтезу отриманих макроциклічних сполук. Загальний обсяг дисертації без додатків складає 168 сторінок. У додатку 1 наводяться дані з вивчення впливу каліксаренів на кальцієві та натрієві помпи гладеньком’язових клітин та по зв’язуванню каліксаренів із бенздіазепіновими рецепторами центральної нервової системи ссавців.

Основний зміст роботи

Функціоналізація каліксаренів фармакофорними групами

Для синтезу функціоналізованих каліксаренів використовувались діаміно- та тетраамінокаліксарени 1a,b та 2. Було оптимізовано методи їх двостадійного синтезу виходячи з алкілових етерів трет-бутилкалікс[4]аренів. Аміногрупи цих сполук мають достатньо високу нуклеофільність і легко ацилюються ангідридами чи хлорангідридами карбонових кислот з утворенням каліксаренамідів 3a-f, 4a-c з високими виходами. Ацилювання ізоціанатами проходить вже при кімнатній температурі і приводить до сечовин 5a-c, 6a-d (схема 1).

Схема 1

Реакція амінів 1а та 2 з N-сульфонілімідоїлхлоридами потребує вже присутності органічної основи і приводить до каліксаренсульфоніламідинів 7a-c та 8a,b (схема 2).

Схема 2

З метою отримання каліксаренів, функціоналізованих різними фармакофорними групами були здійснені спроби провести монофункціоналізацію діамінокаліксарену N-сульфонілімідоїлхлоридами. Але при взаємодії діамінокаліксарену 1а з еквімолярною кількістю імідоїлхлориду у присутності 1 еквіваленту основи був отриманий продукт повної функціоналізації – каліксарендисульфоніламідин 7b та вихідний діамінокаліксарен 1а (схема 3). Ми припускаємо, що в моносульфоніламідині 9 реалізується внутрішньомолекулярний водневий зв’язок, між SO2-групою та аміногрупою, внаслідок чого збільшується нуклеофільність (реакційна здатність) останньої і вона швидше вступає в реакцію з імідоїлхлоридом ніж вихідний діамінокаліксарен. Можливість утворення водневого зв’язку S=O···H-N в сполуці 9 було підтверджено ІЧ-спектральними дослідженнями модельних сполук, а також даними РСД каліксаренсульфоніламидину 7b.

Схема 3

Аміди 3a-c, 4a при реакції з еквімолярною кількістю пентахлориду фосфору утворюють каліксаренімідоїлхлориди 10a-c та 11 – важливі каліксаренові синтони. Ці сполуки є високоелектрофільними агентами, що можуть бути використані для синтезу каліксаренів, які мають лінійні та гетероциклічні азотовмісні замісники (схема 4).

Схема 4

Так, реакція імідоїлхлоридів з амінами приводить до каліксаренамідинів. Каліксаренамідини, отримані при реакції з метиловим естером антранілової кислоти, зазнають внутрішньомолекулярної циклізації внаслідок нуклеофільної атаки азоту по карбонільній групі з утворенням каліксарендихіназолінонів 12a-c (схема 5).

Схема 5

Завдяки стеричному впливу об’ємних трет-бутильних груп обертання хіназолінонових залишків у розчинах трет-бутилкаліксаренхіназолінонів 12a,b загальмоване і спектри ПМР при кімнатній температурі вельми складні. Проте судячи з трьох нерівноцінних сигналів трет-бутильних груп можна сказати про існування у розчині трьох конформерів (рис 1), взаємний перехід між якими є повільним в шкалі часу ЯМР. При нагріванні обертання хіназолінонових фрагментів прискорюється і при 100 ?С спектри ПМР свідчать про існування однієї усередненої конформації.

Рис. 1. Можливі конформаційні переходи та фрагменти температурних спектрів ПМР (ДМСО-d6) трет-бутилкаліксаренхіназолінону 12а.

Заміна атомів хлору в каліксаренімідоїлхлоридах 10a, 11 на азидогрупи проходить при кип’ятінні в надлишку триметилсілілазиду в присутності SnCl4 в якості каталізатора. Імідоїлазиди, що утворюються, в умовах реакції циклізуються до макроциклічних лігандів – каліксаренотетразолів 13 та 14 (схема 6).

Схема 6

При реакції амінокаліксаренів 1а та 2 з невеликим надлишком гетероароматичного альдегіду в киплячому бензолі з високими виходами були синтезовані ді- та тетраімінокаліксарени 15a-d та 16a,b (схема 7).

Схема 7

При спробі отримання комплексів з солями міді (ІІ) досить швидко (1-6 год) відбувається гідроліз C=N зв’язку імінокаліксаренів та їх окиснення каліксарендихінону 17 (схема 10), будова якого підтверджується даними рентгеноструктурного аналізу. Тобто можна стверджувати, що іони Cu2+ у водно-органічних середовищах окиснюють імінокаліксарени 15a-d і можуть використовуватись для розробки простих препаративних методів отримання каліксдихінонів із амінокаліксаренів замість дорогих та токсичних солей таллію (ІІІ).

Схема 10

З метою отримання більш стійких до гідролізу у водно-органічних середовищах лігандів, було здійснено відновлення подвійного зв’язку С=N діімінокаліксаренів 15a-d натрій борогідридом в спиртах, яке привело до утворення N-заміщених каліксаренів 18a,b. В цю реакцію вступали тільки 2- та 4-піридильне похідні 15a та 15с, що можна пояснити достатнім для активації подвійного C=N зв’язку електроноакцепторним впливом цих замісників. Приєднання до вказаного подвійного зв’язку діетилфосфіту у присутності 10-кратного мольного надлишку натрію приводить до утворення відповідних каліксаренбісамінофосфонатів 19a-d. Реакція супроводжується утворенням двох хіральних центрів і в результаті отримується суміш рацемічної та мезо-форми у статистичному співвідношенні: 1RR + 1SS + 2RS. Каліксаренбісамінофосфонати були переведені у амінофосфонові кислоти 20a,b дією триметилсилілброміду з наступним алкоголізом силілових естерів метанолом. Ця реакція виявилась дуже чутливою до наявності домішок HBr у триметилбромсилані, в його присутності амінофосфонати 15b та 15c утворювали нерозчинні гідроброміди, які виводяться зі сфери реакції. Проте легко отримується тіенільна 19b похідна, що не має просторово-доступного основного атома азоту. Каліксаренбісамінофосфонові кислоти, завдяки своїй амфотерності, добре розчиняються у розведених кислотах та лугах і обмежено розчинні у воді (схема 8).

Схема 8

Для отримання холінових похідних каліксаренів тетрахлорметилкалікс[4]ареном 21 та гексахлорметилкалікс[6]ареном 22 алкілювався N,N-диметилетаноламін – попередник холіну (схема 9). Отримані каліксарени 23 й 24 є водорозчинними.

Схема 9

Отримані каліксарени були досліджені і якості лігандів для катіонів біометалів (Ni2+, Zn2+, Cu2+). Були отримані та досліджені методом ІЧ-спектроскопії кристалічні комплекси імінокаліксаренів 15 з нікелем. Також синтезовано комплекси каліксарентетразолу 14 та імінокаліксарену 15a з PdCl2 і досліджено їх будову методом РСА. Встановлено, що димерний комплекс 142·2PdCl2 має капсулоподібну будову. Атоми паладію координуються до атомів азоту у положенні 4 тетразольних циклів, а молекули PdCl2 виступають лінкерами між двома макроциклами (рис. 2). В комплексі 15a·PdCl2 (склад 1:2) атоми паладію координуються до піридильних та імінних атомів азоту обох функціональних груп. Ці металокомплекси утворюють нанокластер завдяки Pd-Pd взаємодіям із шістьох молекул комплексу. В порожнину макроциклу включається молекула ацетонітрилу, що вказує на потенціал застосування комплексу в якості моделі металоензиму.

а б

Рис. 2. а) Кристалічна структура комплексу 14·PdCl2. Пропільні групи, хлорфенольні кільця та атоми водню не показані; б) Кристалічна структура комплексу 15a·PdCl2. Атоми водню не показані.

Дослідження структури отриманих сполук

Біологічна активність сполук значною мірою визначається їх субстрат-рецепторними взаємодіями. Тому дослідження просторової будови отриманих каліксаренів є дуже важливим для встановлення взаємозв’язку будова-властивість. Будову всіх отриманих каліксаренів було досліджено методами ЯМР- та ІЧ-спектроскопії, рентгеноструктурним аналізом та методами молекулярного моделювання.

Дані спектрів ПМР засвідчують, що в розчинах дипропоксикаліксарени перебувають у конформації сплощений конус (Дд між дублетами Heq та Hax метиленових груп макроциклу 0.7-1.05 м.ч.) що стабілізується внутрішньо-молекулярним водневим зв’язком OH···OPr (широка смуга ?OH 3250-3330 см-1, не змінюється з розведенням розчину). В розчинах тетрапропоксикаліксаренів відбувається швидкий взаємний перехід між двома рівнозначними конформаціями сплощений конус в результаті спектри ПМР віддзеркалюють усереднену конформацію регулярний конус (Дд більше 1.1 м.ч.).

При наявності в структурі каліксаренів достатньої кількості водневозв’язуючих груп спектри ПМР каліксаренів значно ускладнюються. Наприклад, каліксарентетракарбаміди (крім тетраацилкарбаміду) у розчині малополярного хлороформу утворюють капсули, стабілізовані циркуляційною системою 16-ти водневих зв’язків.

Згідно даних РСА в кристалічному стані всі отримані сполуки знаходяться в конусоподібній конформації. В більшості випадках конус є сплощеним, в деяких випадках наближеним до регулярного.

В кристалічному стані для отриманих дипропоксикаліксаренів (3f, 7b, 15d та інші) характерне утворення димерних структур із взаємним включенням груп у порожнину сусідньої молекули. Так, каліксарендіамід 3f та каліксарендисульфоніламідин 7b організовуються у воднево-зв’язані димери завдяки парі міжмолекулярних водневих зв’язків (NH···CO, або NH···SO). Димери каліксарендисульфоніламідину утворюють нескінченно довгі ланцюги завдяки ще 4-м водневим зв’язкам. Подібні ланцюги спостерігаються також у діімінокаліксарені 15d, де утворення димерів викликане слабкими невалентними взаємодіями (CH···N, CH···S) та ефектами упаковки. Включені в порожнини групи утворюють CH-? зв’язки (рис. 3).

Рис. 3. Кристалічні димери дипропоксикаліксаренів 3f, 7b, 15d.

Отримані тетрапропоксикаліксарени (4а, 14 та інші) в кристалічному стані знаходяться в конформації сплощений конус. В деяких випадках така конформація може стабілізуватись внутрішньомолекулярними водневими зв’язками на верхньому вінці макроциклу, подібно до каліксарентетрааміду 4а. Наявність у молекулі останнього багатьох воднево-зв’язуючих груп зумовлює утворення воднево-зв’язаних шарів, де кожна молекула каліксарену формує водневі зв’язки ще з 3-ма молекулами безпосередньо, а з четвертою – через молекулу води.

Каліксарендихіназолінон 12а легко формує комплекс з метанолом у кристалічному стані. При цьому реалізується міжмолекулярний водневий зв’язок між карбонільною групою хіназолінону та гідроксилом метанолу. Занурена в порожнину метильна група утворює CH-? зв’язки (рис. 4).

Рис. 4. Молекулярна структура комплексу каліксаренхіназолінону 12a з метанолом. Водневі зв’язки показані пунктирними лініями.

В тих випадках, де рентгеноструктурні дослідження провести не вдалось, були виконані розрахунки конформації методами молекулярного моделювання. Розраховані конформації часто підтверджуються експериментальними даними. Наприклад в спектрах ПМР каліксарендикарбаміду 5а сильнопольний зсув сигналів протонів трет-бутильних груп (0.35-0.40 м.ч.) викликано їх екрануванням нафтильними залишками.

Дослідження біологічної активності отриманих каліксаренів

Іонам кальцію належить фундаментальне значення у забезпеченні функціональної активності клітин практично усіх тканин. Різноманітні біохімічні, біофізичні і фізіологічні процеси та явища, наприклад, активація та регуляція каталітичної активності багатьох ферментів, передача внутрішньоклітинного сигналу від плазматичної мембрани до внутрішньоклітинних мембранних структур, контроль проникності біологічних мембран, розповсюдження нервового імпульсу, клітинний поділ, секреція, запліднення, м’язове скорочення тощо – всі ці біологічні феномени контролюються іонізованим кальцієм. В Інституті біохімії ім. О. В. Паладіна у відділі біохімії м’язів були проведені дослідження по вивченню впливу ряду отриманих каліксаренів на катіонні помпи, важливі для підтримки постійної концентрації катіонів кальцію у гладеньком’язових клітинах. Було показано що каліксарентетрасульфоніламідин 8b вибірково впливає на дві кальцієві помпи і може бути використаний у біохімічних дослідах з метою інгібування транспортної активності Mg2+, ATФ-залежних кальцієвих помп (рис. 5).

Рис. 5. Інгібування мембранного транспорту Ca2+ та Na+ каліксарен-тетрасульфоніламідином 8b

Каліксарендіамід 3e селективно і суттєво стимулює акумуляцію Са2+ у мітохондріях і практично не впливає на ферментативну активність інших кальцій і натрій транспортуючих систем (рис. 6). Дана речовина може бути корисною для вивчення акумуляції іонів Са у внутрішньоклітинних депо, переважно – в мітохондріях.

Рис. 6. Стимуляція мембранного транспорту катіонів кальцію каліксарендіамідом 3e.

Каліксаренбісамінофосфонова кислота 20a у безкальцієвому середовищі практично повністю інгібує активність уабаїнчутливої Na+, K+-АТФази, і майже не впливає на активність інших помп (рис. 7). Цей каліксарен можна використовувати в біохімічних дослідах замість уабаїну з метою визначення активності Na+,K+-АТФази.

Рис. 7. Інгібування АТФ-гідролазної активності каліксарен-бісамінофосфоновою кислотою 20a.

Вивчення механізмів взаємодії нейромедіаторів та відповідних рецепторів є важливою задачею сучасної фізіології. Одними з таких рецепторів є бенздіазепінові рецептори ЦНС, вивчення просторової будови яких відкриває шлях до лікування різних психічних розладів. Було досліджено спорідненість ряду синтезованих каліксаренів до бенздіазепінових рецепторів головного мозку ссавців у відділі медичної хімії Фізико-хімічного інституту ім. О.В. Богатського НАН України. Каліксарендіамід 3c виявив здатність конкурентно витісняти радіоліганд [3Н]флунітразепам з сайтів його специфічного зв’язування з центральними бенздіазепіновими рецепторам ЦНС з середнім афінітетом IC50~1•10_ моль/л (рис. 9), при цьому 3с впливає на конформацію рецептора, збільшуючи його спорідненість до бенздіазепінів. Таким чином, каліксарени є перспективними сполуками для створення нових психотропних препаратів і у вивченні механізму дії відомих нейролептичних агентів

Рис. 9. Спорідненість каліксарендіаміду 3c до центральних бенздіазепінових рецепторів головного мозку ссавців

Висновки

1. Взаємодією діаміно- та тетраамінокаліксаренів з різними електрофільними агентами отримано похідні, які містять дві або чотири амідні, карбамідні, сульфоніламідинові та імінні групи на верхньому вінці макроциклу.

2. Розроблено метод синтезу каліксаренімідоїлхлоридів – невідомих раніше високореакійних каліксаренових синтонів. Взаємодією останніх з відповідними нуклеофілами отримано каліксаренамідини, каліксарентетразоли, та каліксаренхіназолінони.

3. Взаємодією імінокаліксаренів з діетилфосфітом в присутності натрію синтезовано ряд нових каліксаренамінофосфонатів, які були перетворені в каліксаренамінофосфонові кислоти. Наявність основних та кислотних груп у каліксаренамінофосфонових кислотах обумовлює їх амфотерність та водорозчинність.

4. Алкілуванням N,N-диметилетаноламіну тетрахлорометилкалікс[4]ареном та гексахлорометилкалікс[6]ареном отримано водорозчинні каліксарени з чотирма або шістьма холіновими угрупованнями.

5. Методами ІЧ-спектроскопії та спектроскопії ЯМР, рентгеноструктурного аналізу та молекулярного моделювання досліджено просторову будову отриманих каліксаренів. Показано, що дипропоксикаліксарени знаходяться в стереохімічно жорсткій конформації сплощений конус, стабілізованій водневими зв’язками OH···OPr на нижньому вінці макроциклу, в той час як для тетрапропоксикаліксаренів ця конформація лабільна.

6. Методом динамічного ядерного магнітного резонансу показано, що завдяки стеричним перешкодам обертання хіназолінонових фрагментів навколо зв’язків C-N загальмоване, трет-бутилкаліксаренхіназолінони перебувають у розчині у вигляді суміші трьох “загальмованих” конформерів.

7. Методом рентгеноструктурного аналізу було досліджено комплекси діімінокаліксаренів та каліксарентетратетразолу з PdCl2. Встановлено, що каліксарентетратетразол утворює з дихлоридом паладію капсулоподібний комплекс складу 2:2. Комплекс діімінокаліксарену з PdCl2 складу 1:2 завдяки Pd-Pd взаємодіям утворює нанокластер з шістьох молекул каліксарену та дванадцяти молекул дихлориду паладію.

8. Продемонстровано значну пригнічуючу дію каліксаренбісамінофосфонової кислоти на К+, АТФ-залежну натрієву помпу плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин. Показано, що каліксарентетрасульфоніламідин та каліксаренамід п-фторфеноксиоцтової кислоти є селективними і ефективними модуляторами Mg2+, АТФ-залежних кальцієвих помп гладеньком’язових клітин. Ефект цих каліксаренів на обмін катіонів кальцію в гладеньких м’язах може бути корисним для ідентифікації ролі Mg2+, АТФ-залежних кальцієвих помп саркоплазматичного ретикулуму та плазматичної мембрани в регуляції вільної концентрації Ca2+ в клітинах.

Список публікацій за темою дисертації

1. Rodik R., Boiko V., Danylyuk O., Suwinska K., Tsymbal I., Slinchenko N., Babich L., Shlykov S., Kosterin S., Lipkowski J., Kalchenko V. Calix[4]arenesulfonylamidines. Synthesis, structure and influence on Mg2+, ATP-dependent calcium pumps. // Tetrahedron Letters. - 2005. – Vol. 46. – P. 7459-7462. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук та цільових каліксаренсульфоніламідинів, проаналізовано спектральні та рентгеноструктурні дані отриманих сполук).

2. Boyko V., Rodik R., Danylyuk O., Tsymbal L., Lampeka Y., Suwinska K., Lipkowski J., Kalchenko V. Tetrazolecalix[4]arenes as new ligands for palladium(II). // Tetrahedron. – 2005. – Vol. 61. – P. 12282-12287. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук та цільових каліксарентетразолів, підготовлені зразки для РСА, проаналізовані спектральні та рентгеноструктурні дані отриманих сполук).

3. Кальченко В. І., Родік Р. В., Бойко В. І. Каліксарени. Перспективи медико-біологічного застосування. // Журнал органічної та фармацевтичної хімії. – 2005. – Т. 3, вип.4 – С. 13-29. (Здобувачем проаналізовано та класифіковано літературні джерела, підготовлені таблиці і схеми та робочий варіант статті).

4. Т. О. Векліч, С. О. Костерін, Р. В. Родік, С. О. Черенок, В. І. Бойко, В. І. Кальченко. Вплив каліксаренфосфонових кислот на Nа+,К+-АТР-азну активність в плазматичній мембрані гладеньком’язових клітин. Укр. Біохім. Журн. – 2006. – Т.78, №1. – С. 70-74. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук та цільової каліксарен-бісамінофосфонової кислоти).

5. Rodik, R. V., Boyko, V. I., Kalchenko, V. I. Pyridylmethylideneaminocalix[4]arenes // International Conference on Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles. – Харків. – 2003. – Тези. – С. 256.

6. R. V. Rodik, V. I. Boyko, I. F. Tsymbal, V. I. Kalchenko, L. V. Tsymbal, І. М. Maloshtan, Ya. D. Lampeka. Pyridyl(thienyl)methylidenaminocalix[4]arenes and their metallocomplexes // Ukrainian-Polish-Moldavian Symposium on Supramolecular Chemistry. – Київ. – 2003. – Тези. – С. 185.

7. Родік Р. В., Бойко В. І., Цимбал І. Ф., Кальченко В.І., Сувінська К. Синтез та структура каліксаренів функціоналізованих амідиновими фрагментами // ХХ Українська конференція з органічної хімії, присвячена 75-річчю від дня народження академіка О.В.Богатського. – Одеса. – 2004. – Тези. – С. 317.

8. Родік Р. В. Бойко В. І., Слінченко Н. М., Бабіч Л. Г., Шликов С. Г., Костерін С. О., Кальченко В. І. Синтез, структура та вплив на клітинний транспорт катіонів кальцію каліксаренів, модифікованих фармакофорними групами // VI Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. – Дніпропетровськ. – 2005. – Тези. – С. 48.

9. Вилкова Л. Н., Водолазкая Н. А., Родик Р. В. Кислотно-основные свойства сульфофталеиновых индикаторов в растворах тетрааммоний каликс[4]арена // III Всеукраїнська конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. – Харків. – 2005. – Тези. – С. 102.

10. Вілкова Л. Н., Родік, Р. В., Мчедлов-Петросян Н. О., Бойко В. І., Кальченко В. І. Модифікація кислотно-основних властивостей індикатора бромофенолового синього тетраамоній калікс[4]ареном. // Конференція-звіт з комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України Дослідження в галузі сенсорних систем та технологій. – Київ. – 2005. – Тези. – С. 28.

11. Rodik, R. V., Boyko, V. I., Kalchenko, V. I., Danylyuk, O., Suwinska, K., Lipkowski, J. Synthesis, structure and properties of calix[4]arenes functionalized with pharmacophoric groups // Moldavian-Polish-Ukrainian Symposium on Supramolecular Chemistry. – Кишинев, Молдова. – 2005. – Тези. – C. 41.

Анотація

Родік Р. В. Функціоналізація каліксаренів азотовмісними фармако-форними групами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 – органічна хімія. Інститут органічної хімії НАН України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена функціоналізації каліксаренів циклічними та ациклічними азотовмісними фармакофорними групами (амідними, карбамідними, амідиновими, імінними, холіновими, тетразольними, хіназоліноновими, амінофосфоновими) і дослідженню просторової будови отриманих сполук в розчинах та в твердому стані.

Розроблено метод одержання каліксаренімідоїлхлоридів – високореакційних каліксаренових синтонів, із яких було отримано похідні, функціоналізовані гетероциклічними залишками. Встановлено, що за рахунок міжмолекулярних водневих зв’язків та інших невалентних взаємодій отримані каліксарени здатні включати органічні молекули у порожнину макроциклу. Продемонстровано, що імінокаліксарени та каліксарентетратетразол легко формують комплекси з PdCl2, які в кристалічному стані утворюють супрамолекулярні капсулоподібні структури або циклічні нанокластери. Показано, що каліксарени з сульфоніламідиновими, амідними та амінофосфоновими групами ефективно інгібують кальцієві та натрієві помпи гладеньком’язових клітин, і є перспективними сполуками для дизайну речовин, здатних ефективно та селективно впливати на активність певних білків. Знайдено, що діамід на основі діамінокаліксарену та п-хлоробензойної кислоти зв’язується з центральними бенздіазепіновими рецепторами ЦНС ссавців з середнім аффінітетом і впливає на конформацію рецептора, збільшуючи його спорідненість до бенздіазепінів.

Ключові слова: каліксарени, ацилювання, циклізація, рентгеноструктурний аналіз, катіонні помпи, бенздіазепінові рецептори.

Аннотация

Родик Р. В. Функционализация каликсаренов азотсодержащими фарма-кофорными группами. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 – органическая химия. Институт органической химии Национальной академии наук Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена поиску и разработке удобных методов синтеза каликсаренов, функционализированных циклическими и ациклическими азотсодержащими фармакофорными группами и исследованию их строения методами ЯМР- и ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, молекулярного моделирования. В диссертации представлены результаты биологических испытаний ряда полученных соединений.

Реакцией аминокаликсаренов с соответствующими электрофильными агентами получены каликсарены, несущие на верхнем ободе макроцикла 2 или 4 амидные, карбамидные, сульфониламидиновые, иминные и холиновые группы. Разработан удобный метод синтеза каликсаренимидоилхлоридов – важных каликсареновых синтонов. Заменой активных атомов хлора в последних были получены каликсаренамидины, каликсаренхиназолиноны и каликсарентетразолы. Присоединением диэтилфосфита к двойной C=N связи иминокаликсаренов в присутствии избытка натрия были получены каликсаренаминофосфонаты, которые далее были превращены в каликсаренаминофосфоновые кислоты. Взаимодействием хлорметилкаликсаренов с N,N-диметилэтаноламином получены водорастворимые холиновые производные каликсаренов. Исследование строения и конформационных свойств полученных соединений показали, что все каликс[4]арены находятся в растворах и в кристаллическом состоянии в конусообразной конформации. В растворах каликсаренхиназолинонов, в результате заторможенного вращения хиназолиноновых остатков относительно связи C–N, при комнатной температуре наблюдается существование трёх конформеров. В кристаллическом состоянии наблюдается образование межмолекулярных ассоциатов, обусловленных водородными связями, а также включение в полость макроцикла различных групп и молекул. Продемонстрирована способность иминокаликсарена и каликсарентетратетразола образовывать палладиевые металлокомплексы. Методом РСА показано, что каликсарен-тетратетразол образует с PdCl2 капсулоподобный комплекс состава 2:2. Комплекс дииминокаликсарен-2PdCl2, благодаря Pd-Pd взаимодействиям организовывается в шестичленный нанокластер с включением в полость каликсарена молекулы ацетонитрила. Исследовано влияние полученных соединений на катионные насосы гладкомышечных клеток. Показано, что каликсарентетрасульфониламидин является селективным ингибитором кальциевых насосов плазматической мембраны и саркоплазматической сети, каликсарендиамид селективно усиливает накопление катионов кальция в митохондриях, каликсаренбисаминофосфоновая кислота селективно и эффективно ингибирует действие оуабаин-чувствительного натриевого насоса. Методом конкурентного вытеснения было показано, что диамид на основе диаминокаликсарена и п-хлорбензойной кислоты способен связываться с бенздиазепиновыми рецепторами ЦНС и влиять при этом на конформацию рецептора, увеличивая его сродство к бенздиазепинам.

Ключевые слова: каликсарены, ацилирование, циклизация, рентгеноструктурный анализ, катионные насосы, бенздиазепиновые рецепторы.

Summary

Rodik R V. Functionalization of calixarenes with nitrogen containing pharmacophoric groups. – Manuscript.

Thesis of Candidate of Sciences’s dissertation (eq. PhD) on speciality 02.00.03 – organic chemistry. Institute of Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The dissertation is devoted to functionalization of calixarenes with cyclic and acyclic nitrogen containing pharmacophoric groups (amide, carbamide, amidine, imine, ammonium, tetrazol, quinazolinone, aminophosphonic) and to investigation of their spatial structure in solution and crystalline state. The method of calixareneimidoylchlorides’s synthesis was developed. The usage of these compounds for synthesis of calixarenes modified with heterocyclic fragments was presented. It was found that calixarenes obtained readily form complexes with metal cations and can include various organic molecules in the cavity due to intermolecular hydrogen bonds and other non-valent interactions. Metallocomplexes of iminocalix[4]arenes and calix[4]arenetetratetrazole with PdCl2 form cage-like structures or cyclic nanoclusters in crystalline state. It was shown that calixarenes possessing sulfonylamidine, amide and aminophosphonic groups effectively inhibit calcium and sodium pumps of smooth muscle cells and have a prospective for design of compounds which can effectively influence on activity of certain proteins. It was found that diamide of diaminocalixarene and p-chlorobenzoic avid can bind central benzodiazepine receptors of central nervous system of mammalian and affected on receptor conformation hence its affinity to benzodiazepines grows.

Key words: calixarenes, acylation, cyclization, X-ray analysis, cation pumps, benzodiazepine receptors.