Реакция двухвалентного железа с тетраоксанами и триоксоланами

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5

1.1. Проблема  малярии 5

1.2. Жизненный цикл малярийного  паразита 6

1.3. Триоксоланы 8

1.3.1. Синтез триоксоланов 10

1.3.2. Свойства триоксоланов 11

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 16

2.1. Экспериментальные установки 16

2.1.1. Установка для измерения интенсивности ХЛ в видимой области спектра 16

2.1.2. Стандартные приборы 18

2.2. Очистка растворителей  и реагентов 18

2.3. Методики синтеза 19

Синтез 1,2,4-триоксоланов на основе тритерпеноидов 19

2.4. Методы анализа 20

Тонкослойная хроматография (ТСХ) 20

2.5. Методика регистрации хемилюминесценции в видимой области спектра 20

Реакция триоксоланов 1, 2 с FeCI₃/L-цистеин в присутствии родамина Ж 20

ГЛАВА 3. результаты и их обсуждение 21

Хемилюминесценция в реакциях 1,2,4-триоксоланов с соединениями железа 21

выводы 26

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 27 
Введение

Исследование  пероксидов всегда представляло собой  актуальную задачу благодаря их широкому применению в органическом синтезе, а также важной роли в окислительных процессах и механизмах генерации света в химических и биохимических системах. Однако последние полтора десятилетия можно по праву назвать ренессансом химии органических пероксидов. Истоки повышенного интереса к этим соединениям лежат еще в 70-х годах прошлого века, когда был успешно выделен природный триоксан артемизинин, проявляющий исключительные антималярийные свойства. В дальнейшем было убедительно показано, что за антималярийную активность ответственен именно пероксидный фрагмент. Благодаря исключительной важности артемизинина – препарата, рекомендованного ВОЗ для лечения малярии, и его аналогов, интерес научного сообщества к этим соединениям стремительно рос: согласно поисковой базе данных Scopus количество публикаций, посвященных триоксанам, возросло с 260 в период с 1980 г. по 1990 г. до 3260 за последние десять лет.

Исключительно важное открытие было сделано в середине 90-х годов прошлого века и начале 2000-х Веннерстромом и сотрудниками, которые обнаружили новый класс биологически активных пероксидов - 1,2,4,5-тетраоксанов и 1,2,4-триоксоланов - обладающих антималярийной активностью, сравнимой или превосходящей активность артемизинина. Эти находки привели к тому, что в настоящее время один из триоксоланов на основе адамантанона и циклогексанона – артеролан (OZ277) – находится на третьей фазе клинических испытаний, проводимых фирмой Ranbaxy в качестве нового препарата против малярии (http://www.ranbaxy.com/researchndevelopment/ overview.aspx).

В настоящей  работе излагается предложение об использовании  метода хемилюминесценции – тонкого  и, подчас, незаменимого инструмента  исследования природных явлений – для изучения свойств фармакологических перспективных агентов перекисной природы. И в качестве первого шага в этом направлении сообщается об обнаружении генерации электронно-возбужденных состояний в реакциях триоксоланов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Проблема малярии

Опасность заболевания  малярией угрожает до 40 % мирового населения, являясь причиной смерти 1.5-2.7 миллионов людей в год. По оценке Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) 90% смертей приходятся на Африку. Жертвы в основном дети до 5 лет [1, 2]. До тех пор, пока не разработана вакцина против малярии, химиотерапия остается наиболее приемлемой альтернативой в борьбе с этой болезнью [3]. В последние годы, в связи с развитием устойчивости малярийного паразита к проверенным в клинических условиях лекарствам, проблема малярии усугубилась. Эта устойчивость особенно высока к хлорохину (CQ) – наиболее широко применяемому и самому дешевому лекарству для борьбы с малярией (схема 1.1).

 

Схема 1.1. Хлорохин.

 

Обнаружение того, что артемизинин (схема 1.2) – активная составляющая Артемизии аннуа L – проявляет существенную антималярийную активность, особенно в отношении CQR-штаммов, открыло новые методы борьбы с малярией [4,5]. С начала 80-х сотни полусинтетических и синтетических препаратов разработаны и протестированы на антималярийную активность. Было убедительно показано, что за активность ответственно наличие именно пероксидной цепочки [6-11].

Кроме того, в терапевтической  практике не зарегистрирована устойчивость к этим антималярийным пероксидам. Единственное подтверждение устойчивости было обнаружено в Гвиане (Франция) в искусственных условиях, когда некоторые производные артемизинина использовали в неконтролируемом самолечении [12].

Схема 1.2. Артемизинин.

 

1.2 Жизненный  цикл малярийного паразита

Прежде чем  перейти к описанию антималярийных пероксидов, имеет смысл дать представление  о главном объекте биологической  активности этих соединений – малярийном паразите.

Причиной малярии являются простейшие одноклеточные организмы семейства Plasmodium. Существует четыре класса Plasmodium, вызывающие болезнь у людей: P. falciparum, P. malaria, P. ovale and P. vivax. Из них P. falciparum может вызывать состояние известное как церебральная малярия – причина большинства летальных исходов.

Жизненный цикл малярийного паразита включает фазу роста и развития в организме  человека, чередующуюся с фазой роста и развития в комарах рода Anopheles. Переносят возбудителя только самки комара; у мужских особей колющие и сосущие части ротового аппарата редуцированы. Комары являются основным хозяином малярийного плазмодия, а человек – промежуточным хозяином.

Болезнь начинается, когда зараженная самка комара семейства Anopheles питается кровью неинфицированного позвоночного – хозяина. Комары вводят паразитов (споры) в подкожную ткань, реже непосредственно в кровоток. Менее чем через час споры достигают печени, захватывают гепатоциты и претерпевают экзоэритроцитное деление клетки. Спустя некоторое время, в зависимости от вида плазмодий, продукты деления клетки превращаются в мерозоиты, которые после попадания в кровяной поток захватывают эритроциты. После значительной реорганизации мембранных белков захваченного эритроцита, мерозоиты претерпевают экзоэритроцитное деление клетки, где продолжают развитие, проходя стадии кольца и амебоподобных форм [13]. По окончании экзоэритроцитного деления  клетки, паразиты возвращаются в аномально размноженную мерозоитную форму, вызывая разрывание эритроцита. Освободившийся мерозоит захватывают новые красные кровяные тельца, и начинается новый цикл экзоэритроцитного деления клетки. Экзоэритроцитное деление клетки происходит каждые 2-3 дня в зависимости от вида плазмодий. Каждый цикл сопровождается симптомами, характерными для малярии, например, лихорадкой, судорогами, головной болью и истощением. После нескольких циклов, некоторые из мерозоитов претерпевают половое созревание и превращаются в гаметы.

Гаметоциты  остаются в эритроцитах и поглощаются  малярийным комаром. В комаре, женские и мужские гаметоциты сливаются и образуют зиготу. В течение 18 - 24 часов зигота превращается в оокинету, обладающую способностью к медленному передвижению. Между 7 и 15 днями, в зависимости от вида плазмодий и температуры окружающей среды, единственный ооцит образует более 10000 спор. Медленно передвигающиеся споры мигрируют в слюнные железы и накапливаются в ацинарных клетках. Заражение происходит во время укуса комаром позвоночного – хозяина; начинается новый паразитический цикл.

Малярийный  паразит имеет ограниченную возможность для амино-кислотного синтеза, и его выживание зависит от расщепления белков гемоглобина. Паразит переваривает гемоглобин в пищеварительной вакуоли (ПВ), обеспечивая себя аминокислотами, необходимыми для питания и освобождения гема (Fe(II)PPIX), который затем окисляется в гематин (Fe(III)PPIX). Свободный гематин может повреждать клеточную мембрану посредством ингибирования энзимов, пероксидации мембран, образованием кислородного радикала в кислой среде ПВ [14]. В целях защиты, паразит устраняет гематин его полимеризацией в гемозоин. Гемозоин – нековалентный агрегат, состоящий из нескольких звеньев гематина, связанных посредством координационных связей, сформированных между Fe(III) одного звена гематина и карбоксилированной боковой цепью соседнего звена [15]. Гемазоин нерастворим, и накапливается в лимфатической ткани, печени, костном и головном мозге. Было обнаружено, что (Fe(II)PPIX) не может полимеризоваться в гемозоин, и что он является эффективным ингибитором полимеризации (Fe(III)PPIX), даже лучше, чем CQ [16].

1.3 Триоксоланы

1,2,4-триоксоланы  – озониды – хорошо изученный  класс органических соединений. Они являются интермедиатами  в превращениях олефинов в  карбонилы в реакциях озонолиза. Было установлено, что озониды достаточно стабильны, и что некоторые из них проявляют высокую активность по отношению к малярийному паразиту [17], это относится и к структурно-подобным 1,2,4-триоксанам. Соединения 1-3 (схема 1.3) проявили высокие фармакокинетические показатели, в частности, пролонгированный период полураспада и повышенная биологическая усвояемость после одной дозы лекарственного препарата, принятой внутрь. Производное 3 характеризовалось более низкими антималярийными показателями и более высоким уровнем рецидива по сравнению с 2, впрочем, он был выбран первым кандидатом на разработку, из-за своей низкой токсичности и пониженной концентрации в мозговой ткани после употребления [18].

Устойчивость  части 1,2,4-триоксоланов к различным  синтетическим условиям сделало  возможным синтез большого числа производных, а некоторые из них показали хорошую активность как в искусственных, так и в естественных условиях, например, производное 4, производное пиридина 5 и производное, содержащие в качестве заместителей алифатические и ароматические функциональные аминогруппы или азоловые гетероциклы 6 (схема 1.4) [19].

 

 

Схема 1.3. Структуры и активные противомалярийные производные 1-3.

 

Активность в искусственных условиях не всегда выше, чем в организме. Многие из изученных производных демонстрировали отличные показатели в искусственных условиях, но не выдерживали экспериментов в естественных условиях, токсологических исследований или метаболической стабильности и исследований на биоэффективность.

Более липофильные триоксоланы  характеризуются повышенной активностью при приеме внутрь, но они также метаболически менее стабильны, по сравнению с их более полярные аналоги. Такое поведение соответствует полученным результатам для других классов синтетических пероксидов. Триоксоланы с большим разнообразием нейтральных и основных групп характеризовались превосходными антималярийными свойствами, в отличие от производных с кислотными группами.

 

 

Схема 1.4. Структуры и активные противомалярийные производные 4-6.

 

1.3.1 Синтез  триоксоланов

В 1995 Грисбаумом был предложен новый тип реакции  перекрестного озонолиза, в котором оксим о-алкил кетона озонировали в присутствии карбонильных соединений, таких как ацил- цианиды и активированные эфиры с целью получения перекрестных озонидов (схема 1.5) [20].

 

Схема 1.5.

Впоследствии они обнаружили, что этот метод может быть эффективно применен к ряду кетонов, таких как ацетон и циклогексанон.

Кроме того, триоксоланы могут быть получены перекрестным озонолизом как енольных эфиров с кетонами (схема 1.6), так и алкенов (схема 1.7).

 

Схема 1.6.

 

Схема 1.7.

 

1.3.2 Свойства  триоксоланов

Распад триоксоланов под действием кислот Льюиса является важной частью синтетической органической химии. Он может протекать через  гетеролиз О-О связи (распад Хока), сопровождающийся образованием оксикарбенового иона посредством миграции ближайшего заместителя (схема 1.8, путь а), тогда как С-О ионизация, катализируемая кислотой, сопутствует генерации карбеновых ионов (схема 1.8, путь б) [21].

 

Схема 1.8.

Диалкил триоксоланы  под действием кислот Льюиса распадаются  с образованием лактона и кетона. Например, триоксолан, содержащий циклогексановый и циклопентановый фрагменты, под действием хлорида титана и олова (TiCl₄, SnCl₄) распадается на лактон и циклопентанон (схема 1.9) [22].

Схема 1.9.

Причем кислоты  Льюиса инициируют распад пероксида  по-разному. Так, в присутствии TiCl₄ протекает С-О ионизация (S_N1 реакция), а под действием SnCl₄ и BF₃·OEt₂ происходит О-О гетеролиз (распад Хока), изображенный на схеме 1.8.

В качестве другого  примера распада триоксоланов под  действием кислот можно привести разложение триоксолана, образованного адамантаном и циклогексаном (схема 1.10). В частности, при рН<2 наблюдается распад Хока б (сопровождающийся побочной реакцией а с образованием кислоты); при кислотном катализе в образуется соответствующий кетон и лактон.

 Схема 1.10.

Считается, что  ключевую роль в проявлении биологической активности триоксоланов играет взаимодействие двухвалентного железа с пероксидной связью. Поэтому этой реакции было уделено особое внимание исследователей.