СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНАНТИОМЕРНО ЧИСТЫХ (S)-АМИНОКИСЛОТ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА [(S)-BPB-GLy]Ni(II), НАПРЯМУЮ СВЯЗАННЫХ С ФУЛЛЕРЕНОВЫМ ЯДРОМ ЧЕРЕЗ α-УГЛЕРОДНЫЙ АТОМ, В ФОРМЕ ХИРАЛЬНЫХ (A) И (C) 1,4-АДДУКТОВ [60]ФУЛЛЕРЕНА Российский патент 2017 года по МПК C07F15/04 C07B53/00 

Область техники

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к химии фуллеренов и аминокислот, а именно к способу стереоселективного синтеза фуллеренсодержащей (S)-аминокислоты, напрямую связанной с фуллереновым ядром через α-углеродный атом аминокислоты. Изобретение также позволяет получить оптически чистые хиральные (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддукты [60]фуллерена. Данный класс соединений, благодаря их мембранотропным свойствам, представляет большой интерес и широко используется для транспорта лекарственных средств и генных цепочек в клетку, для создания фуллеропептидомиметиков, антиоксидантов, а также для множества других биологических, фармацевтических и материаловедческих приложений.

Уровень техники

Стереоселективная функционализация природных α-аминокислот является важной синтетической задачей, поскольку такие соединения представляют большой практический интерес, в первую очередь как медицинские и биологически активные препараты. Фуллеренсодержащие аминокислоты представляют особый интерес, поскольку они сочетают в себе уникальную геометрическую форму фуллерена, его фотофизические свойства и способность проникать через клеточные мембраны с биоактивными свойствами аминокислоты. Такие соединения могут служить эффективными антиоксидантами [J.Z. Chang, L.B. Alemany, J. Driver, J.D. Hartgerink, A.R. Barron Chem. Eur. J., 2007, 13, 2530; M.S. Bjelakovic, D.M. Godjevac, D.R. Milic, Carbon, 2007, 45, 2260-2265], радикальными ловушками [X. Yang, A. Ebrahimi, J. Li, Q. Cui, Int. J. Nanomedicine, 2014, 9, 77-92; D.L. Kronholm, J.C. Hummelen, A.B. Sieval, US patent WO 20050580002 A2, 2005], могут вызывать расщепление ДНК под действием видимого света [X.L. Yang, C.H. Fan, H.S. Shu, Toxicol. In Vitro, 2002, 16, 41.] и широко используются в онкотерапии [Y. Mikata, S. Takagi, M. Tanahashi, S. Ishii, M. Obata, Y. Miyamoto, K. Wakita, T. Nishisaka, T. Hirano, T. Ito, M. Hoshino, C. Ohtsuki, M. Tanihara, S. Yano Bioorg. Med. Chem. Lett., 2003, 13, 3289-3292; C. Yu, T. Canteenwala, L.Y. Chiang, B. Wilson, K. Pritzker, Synth. Met., 2005, 153, 37-40]. Было показано, что стереохимическая конфигурация аминокислотного центра в фуллеренильных производных аминокислот сильно влияет на их свойства. Так, например, производные D- и L-аминокислот обладают различной способностью проникать через мембраны в липосому, что приводит к резкому различию в их терапевтическом действии [R.A. Kotelnikova, G.N. Bogdanov, E.C. Frog, J. Nanopart. Res., 2003, 5, 561-566]. Учитывая жесткие требования, предъявляемые к энантиомерной чистоте веществ, имеющих отношение к живым организмам (D. Lesuisse, М. Tabart, «Comprehensive Chirality», V. 1, 2012, P. 8-29), а также тот факт, что физиологическая активность стереомеров большинства известных лекарств принципиально различна и пока не поддается каким-либо предсказаниям или вычислениям (K. Mori, Bioorg. Medicinal Chem., 2007, 15(24), 7505-7523), получение оптически чистых веществ является исключительно важной и актуальной проблемой современной органической химии. В связи с этим разработка методов синтеза энантиомерно чистых фуллеренсодержащих аминокислот представляет особый интерес.

Известен способ стереоспецифической модификации аминокислот, не содержащих фуллерен, путем введения аминокислоты в координационную сферу металлокомплекса с хиральным лигандным окружением [А.С. Сагиян, С.М. Джамгарян, Б.С. Арутюнян, Ю.Н. Белоконь, М.Г. Рыжов, Оганесян А.Х. Способ получения серина, Авт. свид. СССР №1555324 (1990), С07С 229/00, опубл. 07.04.90. Бюл. №13]. Введение аминокислоты в координационную сферу комплекса Ni(II) позволяет осуществить ее функционализацию, поскольку повышает кислотность α-протонов, отщепление которых требуется в ходе реакции [Yu. N. Belokon', A.G. Bulychev, S.V. Vitt. General Method of Diastereo- and Enanti-oselective Synthesis of β-Hydroxy-α-amino Acids by Condensation of Aldehydes and Ketones with Glycine // J. Am. Chem. Soc, 1985, V. 107, P. 4252-4259]. Наличие вспомогательного хирального центра в непосредственной близости от места функционализации позволяет обеспечить ее строго определенную стереонаправленность.

К настоящему времени известно всего несколько примеров прямого стереоселективного электросинтеза с участием вышеуказанных хиральных комплексов Ni(II). Это электрохимическая функционалицация α-аминокислотного центра путем реакции с субстратами Михаэля [Т.V. Magdesieva, О.А. Levitskiy, Y.K. Grishin, A.A. Ambartsumyan, М.A. Kiskin, А.V. Churakov, K.K. Babievsky, and K.A. Kochetkov, Electrochemically Deprotonated Chiral Nickel(II) Glycinate in Stereoselective Nucleophilic Addition to Michael Acceptors: Advantages and Limitations, Organometallics, 2014, 33, 4629-4638; dx.doi.org/10.1021/om500070n] или путем окислительной димеризации [Т.V. Magdesieva, О.А. Levitskiy, Y.K. Grishin, A.A. Ambartsumyan, K.A. Paseshnichenko, N.G. Kolotyrkina and K.A. Kochetkov, Chiral Nickel(II) Binuclear Complexes: Targeted Diastereoselective Elec-trosynthesis, Organometallics, 2014, 33, 4639-4654; dx.doi.org/10.1021/om500034x].

С точки зрения синтеза, наиболее близкий аналог данного изобретения описан в работе [Т.V. Magdesieva, О.А. Levitskiy, Y.K. Grishin, A.A. Ambartsumyan, М.A. Kiskin, А.V. Churakov, K.K. Babievsky, and K.A. Kochetkov, Electrochemically Deprotonated Chiral Nickel(II) Glycinate in Stereoselective Nucleophilic Addition to Michael Acceptors: Advantages and Limitations, Organometallics, 2014, 33, 4629-4638; dx.doi.org/10.1021/om500070n], в которой функционализация аминокислотного фрагмента по α-положению проводилась путем нуклеофильного присоединения электрохимически депротонированного комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II) к активированным алкенам. Однако применительно к фуллеренам эта реакция ранее не исследовалась.

Среди наиболее часто используемых подходов к синтезу защищенных фуллеренсодержащих аминокислот можно назвать реакции циклоприсоединения (реакция Дильса-Альдера, 1.3-диполярное циклоприсоединение, циклопропанирование с использованием карбенов и др. [S. Jennehally, S.G. Pyne, P.A. Keller, Royal Soc. Chem. Adv., 2014, 4, 46383-46398], но все эти подходы, во первых, не позволяют получить фуллеренсодержащие производные аминокислот, напрямую связанные с углеродным кластером по α-углеродному атому (обычно связывание осуществляется с помощью линкеров различной природы), а во-вторых, ни в одной из известных к настоящему времени публикаций нет примеров стереоселективного синтеза этого класса соединений.

В литературных источниках описан синтез 1,2-этилфуллеренилглицината [R. Thayumanavan, В.С. Hawkins, P.A. Keller, S.G. Pyne, G.Е. Ball, Org. Lett., 2008, 10, N6, p. 1315-1317]. Это единственный пример фуллеренового производного аминокислоты, содержащий С-С связь между фуллереном и α-углеродным атомом аминокислоты. Однако это соединение не было полностью охарактеризовано, т.к. его растворы неустойчивы и практически сразу образуется нерастворимый осадок, по-видимому, вследствие агрегации, что затрудняет его практическое использование. Хиральностью данное соединение не обладает.

Примеров электрохимического синтеза фуллеренсодержащих аминокислот, тем более энантиомерно чистых аминокислот, к настоящему времени не известно.

Как уже было упомянуто выше, оптическая чистота аминокислоты является обязательным условием реализации ее биологической активности, в частности, в комплексе с фуллереном. Известны два основных подхода к разделению оптически активных соединений вообще и аминокислот в частности: непрямой метод, основанный на получении диастереомерных производных аминокислот с использованием вспомогательного хирального реагента и последующее их разделение на ахиральной колонке; и прямое разделение энантиомеров, которое основано на использовании хиральной стационарной фазы, приводящей к образованию диастереомеров в ходе разделения. Каждый подход имеет свои достоинства и ограничения [I. Ilisz, R. Berkecz, A. Peter, J. Pharm. Biomed. Anal. 47 (2008) 1]. Так, в первом случае энантиомер должен иметь подходящие для функционализации реакционные центры, реакция должна быстро и количественно завершаться для обоих диастереомеров при отсутствии рацемизации, а дериватизирующий агент должен быть высокой степени оптической и химической чистоты [I. Ilisz, A. Aranyi, A. PeterJournal of Chromatography А, 1296 (2013) 119- 139]. Прямое разделение энантиомеров было впервые предложено для газовой хроматографии, первая хиральная стационарная фаза для газовой хроматографии была предложена еще в 1966 г. [Е. Gil-Av, В. Feibush, R. Charles-Sigler, Tetrahedron Lett. 10 (1966) 1009]. С тех пор предложено много классов хиральных стационарных фаз с донорно-акцепторным, ковалентным или ионным типом связывания. Требования к их стереохимической чистоте чрезвычайно высоки, а стоимость весьма велика. Непрямой метод, как правило, позволяет достичь лучшего разделения и он более дешев.

Разделение энантиомеров - весьма непростая задача, но она становится вдвойне сложной, когда речь идет о производных фуллеренов. Необычная форма этих молекул, сочетание гидрофильных и гидрофобных (π-π) взаимодействий сильно усложняет выбор стационарной фазы для энантиоселективного распознавания. Известно весьма ограниченное число примеров энантиомерного разделения производных фуллеренов на хиральных колонках для ВЭЖХ и все они касаются бис- или трис-бивалентных аддуктов с внутенней хиральностью [Yosuke Nakamura, Kyoji O-kawa, Tatsuya Nishimura, Eiji Yashima, Jun Nishimura, J. Org. Chem. 2003, 68, 3251-3257; Nikos Chronakis and Andreas Hirsch, Chem. Commun., 2005, 3709-3711]. На сегодняшний день отсутствуют примеры синтеза 1,4-аддуктов [60]фуллерена в оптически чистом виде, все полученные соединения, обладающие хиральной π-системой, выделены только в виде рацемических смесей А) и (^f,tS) изомеров (см., например, [A. Hirsch, The Chemical Record, Vol. 5, 196-208 (2005)]).

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка способа получения энантиомерно чистых фуллеренсодержащих (S)-аминокислот на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II) в виде хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена.

Предлагаемый способ получения энантиомерно чистых (S)-аминокислот на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II), напрямую связанного с фуллереновым ядром через α-углеродный атом, в форме хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена, не имеет прямых аналогов, поскольку этот класс соединений в оптически чистом виде получен впервые. Однако можно отметить ряд существенных преимуществ по сравнению с другими синтетическими подходами, приводящими к получению рацемических смесей.

Способ позволяет осуществлять стереоселективный синтез производного фуллеренилглицина, имеющего (S)-конфигурацию α-аминокислотного стереоцентра, который напрямую связан с фуллереновым ядром.

Способ позволяет получать оптически чистые производные фуллерена в виде 1,4-аддуктов, которые обладают двумя видами хиральности: хиральными центрами в одном из аддендов и 1,4-мотивом присоединения, делающим фуллереновое ядро хиральным. Такие производные фуллеренов ((^f,tA) и (^f,tC) изомеры) могут быть разделены с использованием традиционных методов ВЭЖХ на колонке с ахиральным носителем, что для синтезированных ранее хиральных 1,4-аддуктов было невозможно, поэтому они были выделены только в виде рацемических смесей.

Кроме того, реакцию получения 1.4-аддуктов можно проводить как технологичный one-pot процесс, поскольку электрохимическое депротонирование комплекса [(S)-BPB-Gly] Ni и последующие реакции с фуллереном и электрофилом можно проводить в одной электрохимической ячейке. Стадии В-Е (см. Фиг. 1) проводят последовательно в одной ячейке без выделения и очистки промежуточных соединений, выделение и очистка проводится только для конечных продуктов (соединения IV и V). Таким образом, заявляемый способ отличается аппаратурной простотой.

Присутствие энантиомерно чистой (S)-аминокислоты в адденде важно для последующих биомедицинских приложений, фуллереновое ядро обеспечивает мембранотропные свойства комплекса, а сочетание в полученном комплексе двух типов хиральности (центр хиральности в одном из аддендов и появление хиральной π-системы фуллеренового ядра в результате образования 1.4-аддукта) позволяет при желании проводить разделение (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена даже на обычных хроматографических колонках с ахиральной фазой, что ранее сделать не удавалось.

Таким образом, объектом данного изобретения является способ стереоселективного синтеза (S)-аминокислоты на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II), который является одним из аддендов в 1,4-аддукте [60]фуллерена, включающий следующие стадии:

A. Модификация исходной аминокислоты путем введения глицина в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса никеля со вспомогательным хиральным лигандом ((S)-2N-(N'-бензилпролил)аминобензофеноном) [(S)-BPB-Gly]Ni(II);

B. Депротонирование аминокислотного фрагмента полученного комплекса;

C. Стереоселективное взаимодействие анионного (депротонированного) комплекса с фуллереном с образованием карбаниона фуллерена;

D. Взаимодействие карбаниона фуллерена с алкилгалогенидом с образованием смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S) α-аминокислотный фрагмент в составе координационной сферы Ni(II);

E. Выделение и очистка фуллеренсодержащих аддуктов методом колоночной хроматографии на силикагеле с получением смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)- α-аминокислотный фрагмент в составе координационной сферы Ni(II).

Для последующего разделения диастереомерой смеси фуллеренсодержащих аддуктов, полученной на стадии Е, заявляемый способ может включать дополнительную стадию F: разделение методом ВЭЖХ на обычной колонке с ахиральным носителем с получением оптически чистых диастереомерных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов.

Другим объектом данного изобретения является энантиомерно чистая (S)-аминокислота на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II), напрямую связанная с фуллереновым ядром через α-углеродный атом, в форме смеси хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена.

Еще одним объектом данного изобретения является энантиомерно чистая (S)-аминокислота на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II), напрямую связанная с фуллереновым ядром через α-атом, в форме оптически чистых хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена.

Подробное раскрытие изобретения: на первой стадии наиболее доступную природную α-аминокислоту - глицин - вводят в координационную сферу Ni(II) вместе с хиральным [(S)-ВРВ] лигандом для последующей функционализации. Способы получения комплекса [(S)-BPB-Gly] Ni(II), основного исходного соединения, хорошо отработаны и известны. Так, Ni(II) комплекс основания Шиффа глицина с хиральными производными (S)-2-N-(N'-бензилпропил)аминобензофенона [(S)-BPB-Gly] Ni(II) получают в щелочной среде в инертной атмосфере при 40-50°С в смеси метанол - диметилформамид (в объемном соотношении 85-60:15-40) и мольном соотношении компонентов [(S)-BPB] : Ni(II) : Gly = (3-4):(1-2):1 с выходами [(S)-BPB-Gly] Ni(II) (соединение I на Фиг. 1) более 95% [Рыжов М.Г., Лысова Л.А., Казика А.И., Носова Н.А., Мишин В.И., Белоконь Ю.Н., Способ получения никель (II) - комплексов основания Шиффа глицина с хиральными производными (S) или (R)-2-N-(N'-бензилпропил) аминобензофенона, Авторское свидетельство СССР №2027720 (1995), C07F 15/04. Опубл. 27.01.1995. Бюлл №3].

Депротонирование комплекса (I) на стадии В протекает в мягких условиях и приводит к образованию карбаниона (соединение II на Фиг. 1) (pK_a в ДМСО составляет 18.8 [М.И. Терехова, Ю.Н. Белоконь, В.И. Малеев, Н.И. Черноглазова, К.А. Кочетков, В.М. Беликов, Е.С. Петров, Равновесная СН кислотность Ni(II) комплексов оснований Шиффа аминокислот с (S)-2-N-(N'-бензилпролил)аминобензальдегида и (S)-2-N-(N'-бензилпролил)аминобензофенона, Изв. Акад наук СССР, сер. хим., 1986, 35, 824-828]), Для депротонирования комплекса можно использовать обычные основания, такие как KOH, Et₃N, t-BuOK, NaH, BuLi [Y.N. Belokon', A.G. Bulychev, S.V. Vitt, General Method of Diastereo- and Enantioselective Synthesis of β-Hydroxy-α-amino Acids by Condensation of Aldehydes and Ketones with Glycine, J. Am. Chem. Soc, 1985, V. 107, 4252-4259], или проводить электрохимическое депротонирование. Электрогенерированные основания являются удобной альтернативой классическим органическим и неорганическим основаниям [J.Н.P. Utley, М.F. Nielsen Electrogenerated Bases // Organic Electrochemistry 4th ed. (ed. by H. Lund and O. Hammerich), New York: Marcel Dekker, Inc., 2001, P. 1227-1257]. Среди преимуществ их применения следует отметить возможность точного контроля концентрации основания и его in situ реакции с субстратом, подвергаемым депротонированию. Кроме того, депротонирование с использованием электрохимически генерированного анион-радикала азобензола при синтезе производных фуллеренов оказывается более удобным, поскольку реакцию можно проводить в малополярном растворителе, в котором растворим фуллерен, а большинство обычных оснований не растворимы. Растворители могут быть выбраны из группы, включающей дихлорбензол, толуол, смеси толуол:ацетонитрил или бензол:ацетонитрил в объемном соотношении от 3:1 до 8:1.

Депротонирование исходного комплекса проводят при комнатной температуре в обычной колбе или (при электрохимическом депротонировании) в электрохимической ячейке. Для проведения реакции подходит простейшая электрохимическая ячейка любой формы с разделенным анодным и катодным пространством. В качестве рабочего электрода может быть использована платина или графит. Реакция может быть проведена как в потенциостатическом, так и в гальваностатическом режиме, однако в последнем случае процесс более прост и технологичен. Последующие стадии можно проводить в той же колбе или ячейке при выключенном потенциале.

На стадии С смешение раствора фуллерена с депротонированным комплексом (II) приводит к образованию карбаниона фуллерена (соединение III на Фиг. 1). При добавлении фиолетового раствора фуллерена к темно-коричневому раствору депротонированного [(S)-BPB-Gly]Ni(II) в любом из указанных выше растворителей раствор мгновенно приобретает темно-зеленую окраску, характерную для карбанионов фуллеренов.

Для превращения образовавшегося анионного аддукта [60] фуллерена (III) в нейтральное соединение на стадии D к реакционной смеси добавляют алкилгалогенид и выдерживают от 2 до 24 часов в инертной атмосфере.

Заявляемый способ достаточно универсален, т.к., варьируя природу электрофила (алкилгалогенида), можно получать разнообразные 1.4-аддукты фуллерена, обладающие хиральной π-системой, которые могут быть в дальнейшем легко разделены на ахиральной колонке, приводя к получению энантиомерно чистых соединений. В качестве электрофила могут быть использованы любые очевидные для специалистов соединения, такие как: бензилбромид, аллилбромид, метилиодид, этилбромид и аналогичные, не ограничиваясь перечисленными выше.

На стадии Е осуществляют очистку и выделение смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S) α-аминокислотный фрагмент (смесь (V) и (VI)). Продукты реакции отделяют от непрореагировавшего фуллерена любым известным из уровня техники способом, например колоночной хроматографией с использованием обычной колонки, заполненной силикагелем. В результате получают фракцию, содержащую энантиомерно чистую (S)-аминокислоту на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II) (100% ее), напрямую связанную с фуллереновым ядром через α-углеродный атом, в форме смеси двух хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов [60]фуллерена.

Для последующего разделения диастереомерной смеси аддуктов, полученной на стадии Е, заявляемый способ может включать дополнительную стадию разделения F, например, методом ВЭЖХ на обычной колонке с ахиральным носителем с получением оптически чистых энантиомерных аддуктов (^f,tA) (соединение IV) и (^f,tC) 1,4 (соединение V), содержащих энантиомерно чистую (S)-аминокислоту на основе комплекса [(S)-ВРВ-Gly]Ni(II), напрямую связанную с фуллереновым ядром через α-углеродный атом.

Полученные на стадии F соединения (IV) и (V) с близкими временами удерживания и практически идентичными УФ-спектрами по данным спектрального анализа (ESI-MS, MALDI, ЯМР (¹Н и ¹³С) соответствуют двум диастереомерно чистым (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктам, в которых (S)-аминокислота на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II) напрямую связана с фуллереновым ядром через α-углеродный атом.

Краткое описание чертежей.

На Фигуре 1 показана схема химических реакций, иллюстрирующая способ по данному изобретению.

Осуществление изобретения

Заявляемое изобретение подтверждается приведенными ниже примерами, которые не ограничивают объем настоящего изобретения.

Пример 1.

В ячейку с разделенным электродным пространством, снабженную рабочим электодом из графитовой ткани марки «Урал» площадью 2 см², и вспомогательным электродом из медной проволоки помещали раствор 480 мг (1.5 ммоль) BU₄NBF₄ в 10 мл о-дихлорбензоле (ДХБ), предварительно обработанный ультразвуком (с целью дегазации). Раствор продували аргоном, после чего в пространство рабочего электрода добавляли 5.5 мг (0.03 ммоль) азобензола и 20 мг (0.04 ммоль) комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II). Раствор снова продували аргоном, после чего проводили электролиз при потенциале рабочего электрода -1.6 В (отн. Ag/AgCl, KCl_(нас.)). В ходе электролиза раствор в катодном пространстве темнел и приобретал желто-коричневый цвет. Электролиз останавливали, когда через раствор было пропущено 5.4 Кл электричества (1.4 F/моль комплекса). После электролиза в катодное пространство добавляли дегазированный раствор 29 мг (0.04 ммоль) фуллерена С₆₀ в 1.5 мл о-ДХБ. Сразу же после добавления фуллерена раствор стал непрозрачно-темным, в тонком слое окрашенным в зеленый цвет. Затем к реакционной смеси добавляли 50 мкл (0.4 ммоль) бромистого бензила. Реакционную смесь оставляли на ночь. Раствор из катодной области нанесли на колонку с силикагелем (диаметр 2 см, высота 10 см), промыли гексаном (с целью отделения o-DCB и С₆₀). Адсорбированные на силикагеле вещества смывали смесью хлороформ/ацетон (1:1). Полученный раствор упаривали, остаток растворяли в CCl₄, промывали водой и сушили над безводным хлоридом кальция. Затем раствор упаривали, а полученную смесь разделяли хроматографически (силикагель, элюент хлороформ/ацетон 20:1). Выход смеси двух стереоизомеров составил 19 мг (35%).

R_f (Silufol, CHCl₃-ацетон (20:1))=0.5

UV-Vis: λ_max 695, 620 (sh.), 551 (sh.), 444, 331, 284 (для Gly-Ni λ_max 540, 420, 330, 260 нм)

Пример 2.

В условиях, аналогичных условиям, описанным в примере 1, за исключением того, что полученную смесь диастереомеров (^f,tA и ^f,tC) разделяли методом препаративной ВЭЖХ (элюент - смесь толуол/гексан/ацетонитрил 33:60:7); получили 9 мг (17%) основного изомера (^f,tA) и 4 мг (8%) минорного (^f,tC) изомера.

(^f,tA)-изомер:

MS(ESI-MS): m/z 1330.1623 (1330,1611 вычислено для M+Na), 1346.1369 (1346, 1350 вычислено для М+K)

UV-Vis: λ_max 694, 620 (sh.), 551 (sh.), 443, 331, 284

ЯМР ¹H (400 MHz, CDCl₃) δ 8.47 (d, J=8.8 Hz, 1H), 8.24-8.19 (m, 2H), 7.68-7.56 (m, 4H), 7.48-7.42 (m, 1H), 7.35-7.29 (m, 4H), 7.22-7.08 (m, 4H), 6.83-6.76 (m, 1H), 6.72-6.66 (m, 1H), 6.58 (s, 1H), 5.53 (s, 1H), 4.66 (d, J=12.4 Hz, 1H), 4.38 (d, J=12.8 Hz, 1H), 4.13 (d, J=12.8 Hz, 1H), 4.06-3.95 (m, 1H), 3.63 (d, J=12.6 Hz, 1H), 3.59-3.31 (m, 3H), 3.29-3.17 (m, 1H), 2.80-2.68 (m, 1H), 2.56-2.43 (m, 2H), 2.11-1.99 (m, 1H).

ЯМР ¹³C (101 MHz, CDCl₃) δ 180.27, 175.96, 174.16, 159.99, 157.44, 154.07, 152.70, 150.17, 149.03, 148.76, 148.71, 148.41, 147.45, 147.32, 147.21, 147.06, 146.77, 145.77, 145.68, 145.47, 145.10, 144.79, 144.71, 144.67, 144.55, 144.49, 144.37, 144.31, 144.02, 143.95, 143.79, 143.60, 143.43, 143.39, 143.29, 143.26, 142.98, 142.86, 142.76, 142.58, 142.42, 142.36, 142.20, 141.91, 141.88, 141.13, 140.64, 139.70, 135.67, 134.85, 133.92, 133.82, 133.58, 131.72, 131.58, 131.38, 130.23, 129.24, 129.18, 129.12, 128.86, 128.53, 128.37, 128.31, 128.21, 127.28, 125.90, 125.45,122.71, 120.75, 80.55, 71.59, 64.64, 62.22, 60.92, 58.39, 50.01, 31.57.

(^f,tC)-изомер:

UV-Vis: λ_max 696, 623 (sh.), 543,444, 330,282

MS(ESI-MS): m/z 1330.1620 (1330, 1611 вычислено для M+Na), 1346.1366 (1346, 1350 вычислено для M+K)

ЯМР ¹Н (400 MHz, CDCl₃) δ 8.36 (d, J=8.80 Hz, 1H), 8.17-8.21 (m, 2H), 5.30 (s, 1H), 4.57 (d, J=12.5 Hz, 1H), 4.31 (d, J=12.5 Hz, 1H)

Пример 3.

В условиях, аналогичных условиям, описанным в примере 1, за исключением того, что вместо бензилбромида в реакционную смесь добавляли аллилбромид (50 мкл 0.4 моль), получили 17 мг (33%) смеси ^f,tA:^f,tC диастереомеров в соотношении 1.9:1

UV-Vis: основной изомер: λ_max 695, 618 (sh.), 541, 444, 334, 286

минорный изомер: λ_max 693, 623 (sh.), 541, 446, 334, 286

MS(MALDI-TOF, матрица DCTB): m/z 1258.15 (M+H⁺, вычислено для C₉₀H₃₀NiO₃ 1258.164).

Пример 4.

В условиях, аналогичных условиям, описанным в примере 1, за исключением того, что вместо графитовой ткани марки «Урал», в качестве рабочего электрода использовали пластину из стеклоуглерода, получено 21 мг (39%) смеси ^f,tA:^f,tC диастереомеров в соотношении 2:1

R_f (Silufol, CHCl₃-ацетон (20:1))=0.5

UV-Vis: λ_max 695, 620 (sh.), 551 (sh.), 444, 331, 284

Пример 5.

В условиях, аналогичных условиям, описанным в примере 1, за исключением того, что вместо оДХБ в качестве растворителя для электрохимического депротонирования использовали ацетонитрил, а фуллерен добавляли в виде раствора в толуоле. Получили 15 мг (28%) смеси ^f,tA:^f,tC диастереомеров в соотношении 2:1

R_f (Silufol, CHCl₃-ацетон (20:1))=0.5

UV-Vis: λ_max 695, 620 (sh.), 551 (sh.), 444, 331,284

Пример 6.

В условиях, аналогичных условиям, описанным в примере 1, за исключением того, что после добавления алкилгалогенида реакционную смесь перемешивали в атмосфере аргона в течение 3-х часов. Получили 18 мг (33%) смеси ^f,tA:^f,tC диастереомеров в соотношении 2:1

R_f (Silufol, СНСl₃-ацетон (20:1))=0.5

UV-Vis: λ_max 695, 620 (sh.), 551 (sh.), 444, 331,284

Количества реагентов, используемы[ в примерах, могут быть масштабированы в несколько раз. Для этого достаточно просто увеличить объем электролизера и площадь электродов.

Техническим результатом данного изобретения являются:

- впервые синтезированная энантиомерно чистая фуллеренсодержащая защищенная аминокислота, связанная с фуллереновым ядром непосредственно через α-углеродный атом;

- впервые полученные в диастереомерно чистом виде (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддукты [60]фуллерена, обладающие хиральной π-системой;

- разработанный способ получения данного класса соединений;

- получение энантиомерно чистых соединений проведено без использования дорогостоящих хроматографических колонок с хиральной фазой;

- реакция проводится как технологичный one-pot процесс/

Синтез производных [60]фуллерена, обладающих «двойной» хиральностью, позволил впервые получить и выделить в диастереомерно чистом виде (без использования дорогостоящих колонок с хиральным носителем) уникальные (^f,tA) и (^f,tC) изомерные 1,4-аддукты фуллеренсодержащих аминокислот на основе комплекса [(S)-BPB-Gly]Ni(II), связанного с фуллереновой сферой напрямую через α-углеродный атом аминокислоты, причем образование этой связи происходит стереоселективно, приводя к образованию фуллеренилзамещенной (S)-аминокислоты со 100% энантиомерной чистотой. Полученные оптически чистые соединения представляют огромный интерес для биомедицинских и материаловедческих приложений. Предлагаемый подход позволит расширить ассортимент доступных аминокислотных комплексов и открывает путь к синтезу диастереомерно чистых соединений, которые ранее были не доступны.

Реакцию проводят электрохимически в одном реакторе (one-pot процесс) путем последовательного прибавления реагентов, при комнатной температуре.

В заявляемом способе используют легкодоступные и дешевые реагенты и доступное оборудование, он вполне технологичен. Варьирование природы вспомогательного адденда (алкильной группы) позволяет направленно модифицировать свойства образующихся 1,4-аддуктов «под задачу» и получать широкий круг соединений данного типа.

Изобретение относится к способу стереоселективного синтеза (S)-α-фуллеренилглицина, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме комплекса Ni(II) типа основания Шиффа со вспомогательным [(S)-BPB] лигандом в виде хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов формулы (I). Способ включает стадии A-E. На стадии A осуществляют модификацию исходной аминокислоты путем ее введения в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса никеля со вспомогательным хиральным лигандом ((S)-2N-(N'-бензилпролил)аминобензофеноном) [(S)-BPB-Gly]Ni(II). На стадии B производят депротонирование аминокислотного фрагмента полученного комплекса. На стадии C осуществляют стереоселективное взаимодействие анионного (депротонированного) комплекса с фуллереном с образованием карбаниона фуллерена. На стадии D происходит взаимодействие карбаниона фуллерена с электрофилом, таким как аллил- или бензилгалогенид, с образованием диастереомерной смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)-α-аминокислотный фрагмент, напрямую связанный с фуллереновым ядром через α-углеродный атом, в виде основания Шиффа в координационной сфере Ni(II). На стадии E выделяют и очищают фуллеренсодержащие аддукты методом колоночной хроматографии на силикагеле с получением смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)-α-аминокислотный фрагмент в координационной сфере Ni(II). Способ позволяет осуществлять стереоселективный синтез производного фуллеренилглицина, имеющего (S)-конфигурацию α-аминокислотного стереоцентра. Изобретение относится также к смеси диастереомеров, состоящей из (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, и к оптически чистым (^f,tA) и (^f,tC) аддуктам. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.

1. Способ стереоселективного синтеза (S)-α-фуллеренилглицина, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме комплекса Ni(II) типа основания Шиффа со вспомогательным [(S)-BPB] лигандом в виде хиральных (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов формулы (I)

,

который включает следующие стадии:

A) модификация исходной аминокислоты путем ее введения в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса никеля со вспомогательным хиральным лигандом ((S)-2N-(N'-бензилпролил)аминобензофеноном) [(S)-BPB-Gly]Ni(II);

B) депротонирование аминокислотного фрагмента полученного комплекса;

C) стереоселективное взаимодействие анионного (депротонированного) комплекса с фуллереном с образованием карбаниона фуллерена;

D) взаимодействие карбаниона фуллерена с электрофилом, таким как аллил- или бензилгалогенид, с образованием диастереомерной смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)-α-аминокислотный фрагмент, напрямую связанный с фуллереновым ядром через α-углеродный атом, в виде основания Шиффа в координационной сфере Ni(II);

E) выделение и очистка фуллеренсодержащих аддуктов методом колоночной хроматографии на силикагеле с получением смеси целевых фуллереновых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)-α-аминокислотный фрагмент в координационной сфере Ni(II).

2. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию разделения диастереомерной смеси аддуктов фуллерена с получением оптически чистых (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих (S)-α-фуллеренилглицин, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме основания Шиффа с [(S)-BPB] лигандом в координационной сфере Ni(II).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что разделение проводят методом ВЭЖХ на ахиральном носителе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что депротонирование проводят электрохимически.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что стадии В-Е проводят в одной ячейке как one-pot процесс.

6. Смесь диастереомеров, состоящая из (^f,tA) и (^f,tC) 1,4-аддуктов, содержащих энантиомерно чистый (S)-α-фуллеренилглицин, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме комплекса Ni(II) типа основания Шиффа со вспомогательным [(S)-BPB] лигандом, полученная способом по п.1, для последующего получения оптически чистых (^f,tA) и (^f,tC) аддуктов.

7. Оптически чистый (^f,tA) аддукт формулы (II), содержащий энантиомерно чистый (S)-α-фуллеренилглицин, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме комплекса Ni(II) типа основания Шиффа со вспомогательным [(S)-BPB] лигандом, для последующего получения оптически чистой аминокислоты в виде (^f,tA) аддукта.

8. Оптически чистый (^f,tC) аддукт формулы (III), содержащий энантиомерно чистый (S)-α-фуллеренилглицин, в котором α-углеродный атом кислоты напрямую связан с фуллереновым ядром, в форме комплекса Ni(II) типа основания Шиффа со вспомогательным [(S)-BPB] лигандом, для последующего получения оптически чистой аминокислоты в виде (^f,tC) аддукта.