Фотолабильная защитная группа для карбоксильных кислот на основе мезо-(4-гидроксиметил)фенил-BODIPY Российский патент 2023 года по МПК C07F5/02 C09K11/06 

Изобретение относится к области органической химии и фотохимии и может быть использовано для научных исследований в области медицины и биологии. Фотолабильная защитная группа имеет способность диссоциировать под воздействием излучения в видимой области спектра (~500 нм) с образованием свободной карбоксильной кислоты.

Уровень техники

Конъюгаты различных веществ с т.н. фотолабильными защитными группами, которые эффективно отсоединяются под действием видимого света или УФ излучения, хорошо известны и применяются достаточно широко [1]. В настоящее время большой интерес вызывает использование света для адресной доставки и контролируемого высвобождения лекарств. Для этого необходимы защитные группы, поглощающие свет в видимой или ближне-инфракрасной области, потому что такое излучение проходит глубоко в ткани организма. В научных публикациях описываются различные варианты групп с такими свойствами [2], в том числе на основе красителей BODIPY [3-5].

Предлагаемый к защите патентом класс веществ представляет собой ковалентные конъюгаты карбоксильных кислот с новой фотолабильной защитной группой на основе красителя BODIPY, поглощающей свет в зелёной области спектра (~500 нм).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является Goswami PP, Syed A, Beck CL, Albright TR, Mahoney KM, Unash R, et al. BODIPY-Derived Photoremovable Protecting Groups Unmasked with Green Light. J Am Chem Soc. 2015;137: 3783-3786. doi:10.1021/jacs.5b01297 [5].

В работе [5] описывается фотолабильная защитная группа на основе BODIPY.

К недостаткам прототипа можно отнести невысокий квантовый выход выделения карбоксильной кислоты (Ф = 9.9×10^-4 в случае уксусной кислоты).

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение - создание вещества вида «карбоксильная кислота - фотоактивный фрагмент», которое под действием зелёного света распадается на свободную карбоксильную кислоту и остатки фотоактивного фрагмента с увеличенным (по сравнению с прототипом) квантовым выходом.

Техническим результатом является Возможность высвобождения карбоксильных кислот с помощью зелёного света с увеличенным квантовым выходом.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решена созданием вещества, представляющего собой производное 5,5-дифторо-10-(4-(гидроксиметил)фенил)-1,3,7,9-тетраметил-5H-дипирроло[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]диазаборинин-4-ум-5-ида, ковалентно связанный с карбоксильной кислотой через атом кислорода гидроксиметильной группы.

Описание изобретения

Ниже приведены фотолабильные защитные группы и схемы фоторазложения (группа, описанная в статье [5], и схема фоторазложения; ниже показана группа, описываемая в данной заявке, и вещества 1-3, синтезированные в качестве примеров).

Пример 1. Синтез веществ 1-3

1) Синтез 5,5-дифторо-10-(4-(гидроксиметил)фенил)-1,3,7,9-тетраметил-5H-дипирроло[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]диазаборинин-4-ум-5-ида (Вещество А).

Синтез производился по следующей процедуре:. 2,4-диметилпиррол вводили в реакцию с 4-гидроксимелбензальдегидом в хлористом метилене, перемешивали в токе аргона, постадийно добавляли трифторуксусную кислоту, дихлородицианобензохинон, триэтиламин, затем трифторид бора в диэтиловом эфире. Целевое вещество выделяли колоночной хроматографией, выход продукта A составил 44%. ¹H ЯМР (400 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 1.35 (с, 6H),2.53 (с, 6H), 4.77 (с, 2H), 5.95 (с, 2H), 7.24 (д, J=8.0 Гц, 2H), 7.46 (д, J=7.8 Гц, 2H). ¹⁹F ЯМР (282 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: -149.4 (м, 2F). Схема синтеза целевых соединений:

2) Синтез 5,5-дифторо-10-(4-(ацетоксиметил)фенил)-1,3,7,9-тетраметил-5H-дипирроло[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]диазаборинин-4-ум-5-ида (Вещество 1).

К веществу А (200 мг, 0.57 ммоль) в хлористом метилене (20 мл) прибавляли DIPEA (0.50 мл, 2.8 ммоль) и AcCl (0.08 мл, 1.1 ммоль). Перемешивали 1 час без доступа света. Смесь промывали водой, органический слой сушили над Na₂SO₄, упаривали. Выделили образец, используя колоночную хроматографию на силикагеле, элюировали хлороформом. Получили 233 мг вещества 1 с количественным выходом. ¹H ЯМР (300 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 1.35 (с, 6H), 2.13 (с, 3H), 2.53 (с, 6H), 5.17 (с, 2H), 5.96 (с, 2H), 7.27 (д, J=1.8 Гц, 2H), 7.44 (д, J=7.8 Гц, 2H). ¹⁹F ЯМР (282 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: -149.4 (м, 2F).

3) Синтез веществ 2 и 3.

Вещество А (50 мг, 0.14 ммоль), п-фторбензойную кислоту (10 мг, 0.07 ммоль), DMAP (1 мг) и DCC (16 мг, 0.07 ммоль) перемешивали в хлористом метилене (10 мл) 24 часа при комнатной температуре, промывали водой, органический слой сушили над Na₂SO₄, упаривали. Выделили образец, используя колоночную хроматографию на силикагеле, элюировали хлороформом. Выход вещества 2 - 65%. ¹H ЯМР (300 MГц, CDCl₃): 1.28 (с, 3H), 1.36 (с, 3H), 1.88 (с, 3H), 2.53 (с, 3H), 5.43 (с, 2H), 5.96 (с, 2H), 7.12 (м, 2H), 7.28(д, J=7.7 Гц, 2H), 7.53 (д, J=7.7 Гц, 2H), 8.10 (м, 2H). ¹⁹F ЯМР (282 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: -148.9 (м, 2F), -108.1 (м, 1F). ¹³C ЯМР (151MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 10.84, 13.93, 14.36, 14.47, 22.86, 23.61, 28.79, 29.58, 30.23, 38.59, 66.00, 68.02, 115.48, 115.63, 121.17, 128.21, 128.24, 128.67, 130.76, 131.25, 132.12, 132.18, 134.80, 136.87, 140.98, 142.91, 155.50, 165.23. HRMS: 475.1901 (расч. 476.1877, (C₂₇H₂₄O₂N₂¹¹B₁F₃) ^+∙).

Вещество 3 было получено аналогично. Выход - 75%. ¹H ЯМР (300 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 0.85 (т, J=8.1, 3H), 1.29 (м, 6H), 1.54 (с, 3H), 1.73 (п, J=7.5, 2H), 2.09 (с, 3H), 2.40 (м, 6H), 2.54 (м, 4H), 2.80 (т, J=7.0, 6H), 5.18 (с, 1H), 5.35 (м, 8H), 5.96 (с, 1H), 7.24 (д, J=7.8 Гц, 2H), 7.43 (д, J=7.8 Гц, 2H). ¹⁹F ЯМР (282 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: -149.4 (м, 2F). ¹³С ЯМР (101 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 14.11, 14.49, 14.61, 22.59, 24.72, 24.82, 25.64, 26.54, 27.23, 29.34, 31.53, 33.67, 65.46, 77.26, 121.29, 127.52, 127.83, 128.10, 128.21, 128.27, 128.49, 128.62, 128.83, 128.99, 130.52, 131.38, 137.20, 143.06, 155.59. HRMS: 604.9681 (расч. 604.9679, (C₂₀ H₁₉ O₁N₂¹⁰B₁ F₂¹²⁷I₂) ^+∙).

Пример 2. Спектры оптического поглощения описываемых веществ с различными заместителями (остатки уксусной и арахидоновой кислот). приведены на Фиг. 1. Максимум поглощения наблюдается на длине волны 500 нм.

При фотолизе образцов наблюдалось обесцвечивание, что свидетельствует о фотодекомпозиции веществ. Для исследования продуктов производилось исследование фотолиза методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Раствор вещества 2 в ацетонитриле в концентрации 1.055x10^-3 Моль/л был помещён в виалу для хроматографии, где происходило его облучение светодиодом с оптической мощностью 1 Вт (максимум в спектре излучения - 500 нм). После каждой минуты облучения образец анализировался на хроматографе Agilent Infinity II. Также были записаны хроматограммы для исходного образца (до облучения). Хроматограммы записывались на длинах волн 500 нм и 340 нм. Условия элюирования: с 0-й до 3-й минуты - 40% ацетонитрила, 60% воды; с 3-й по 10-ю минуту - градиент до 100% ацетонитрила; с 10-й по 15-ю минуту - 100% ацетонитрила. Время выхода фторбензойной кислоты в данных условиях составляет 1.2-1.7 минут, время выхода вещества 2 - 10.1 минут.

Исследование фоторазложения вещества 2 методом ВЭЖХ приведено на Фиг 2, где показаны хроматограммы исходного образца и образца через 1 и 5 минут облучения. Видно, что при облучении исчезает исходный образец и образуется пик с временем выхода 1.6 мин, что соответствует фторбензойной кислоте.

Пример 3. Определение квантового выхода фоторазложения. Для этого растворы веществ в концентрации порядка 0.01 Моль/л в дейтерометаноле облучали светом с длиной волны 520 нм и следили за изменениями в спектрах ЯМР. Для вещества 1 наблюдалось высвобождение уксусной кислоты. (рост сигнала в спектре ¹Н на 2.12 м.д.). О высвобождении фторбензойной кислоты веществом 2 свидетельствует изменение сигналов в спектре ¹⁹F ЯМР при ~50-60 м.д., деградация остова BODIPY доказывается появлением сигналов при ~5-10 м.д. и ~ -28 м.д., которые соответствуют ВF₄ и HF. По полученным данным, а также по данным экспериментов с веществом 0 (которое использовалось как стандарт с известным квантовым выходом фоторазложения), для веществ 1 и 2 были определены квантовые выходы фоторазложения. Полученные данные приведены в таблице 1. Для вещества 3 появление арахидоновой кислоты в результате фоторазложения зафиксировано не было.

Таблица 1. Квантовые выходы фоторазложения полученных соединений Вещество Квантовый выход освобождения остатка
карбоксильной кислоты, × 10^-4 0 9.9 [5] 1 41 ± 7 2 65 ± 8 (6.3) 3 не определён

Источники информации

1. Goeldner M., Givens R. Dynamic Studies in Biology: Phototriggers, Photoswitches and Caged Biomolecules. John Wiley & Sons; 2006.

2. Vorobev A.Yu, Moskalensky A.E. Long-wavelength photoremovable protecting groups: On the way to in vivo application. Computational and Structural Biotechnology Journal. 2020;18: 27-34. doi:10.1016/j.csbj.2019.11.007

3. Peterson J.A., Wijesooriya C., Gehrmann E.J., Mahoney K.M., Goswami P.P., Albright T.R., et al. Family of BODIPY Photocages Cleaved by Single Photons of Visible/Near-Infrared Light. J Am Chem Soc. 2018;140: 7343-7346. doi:10.1021/jacs.8b04040

4. Sitkowska K., Hoes M.F., Lerch M.M., Lameijer L.N., Meer P van der, Szymański W., et al. Red-light-sensitive BODIPY photoprotecting groups for amines and their biological application in controlling heart rhythm. Chem Commun. 2020;56: 5480-5483. doi:10.1039/D0CC02178D

5. Goswami P.P., Syed A., Beck C.L., Albright T.R., Mahoney K.M., Unash R., et al. BODIPY-Derived Photoremovable Protecting Groups Unmasked with Green Light. J Am Chem Soc. 2015;137: 3783-3786. doi:10.1021/jacs.5b01297

Настоящее изобретение относится к области органической химии и фотохимии и может быть использовано для научных исследований в области медицины и биологии. Заявлено применение производного 5,5-дифторо-10-(4-(гидроксиметил)фенил)-1,3,7,9-тетраметил-5H-дипирроло[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]диазаборинин-4-ум-5-ида, ковалентно связанного с карбоновой кислотой через атом кислорода гидроксиметильной группы, указанной ниже структурной формулы, направленное на образование свободной карбоновой кислоты посредством фотодиссоциации. Технический результат – возможность высвобождения свободной п-фторбензойной кислоты под воздействием излучения в видимой области спектра (~500 нм) с увеличенным квантовым выходом. 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Применение производного 5,5-дифторо-10-(4-(гидроксиметил)фенил)-1,3,7,9-тетраметил-5H-дипирроло[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]диазаборинин-4-ум-5-ида, ковалентно связанного с карбоновой кислотой через атом кислорода гидроксиметильной группы, следующей структурной формулы:

,

направленное на образование свободной карбоновой кислоты посредством фотодиссоциации.