Nowe pochodne izoksazolu: projektowanie, synteza, ich

Nowe pochodne izoksazolu: projektowanie, synteza, ich aktywność
antybakteryjna i antyrakowa
Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Stanisław Krompiec
Izoksazole i dihydroizoksazole należą do najważniejszych układów heterocyklicznych,
szczególnie ze względu na aktywność biologiczną (wiele leków zawiera w swojej strukturze
motyw izoksazolu). Związki te mają też wiele zastosowań w syntezie organicznej (np. w
syntezie aminokwasów, aminoalkoholi). Strukury dihydroizoksazoli i izoksazoli będą
projektowane po analizie budowy znanych i stosowanych (lub aktualnie testowanych w
innych ośrodkach) jako leki związków. Dihydroizoksazole - związki o potencjalnych
właściwościach antybakteryjnych i antynowotworowych będą syntezowane w reakcjach
cykloaddycji 1,3-dipolarnej tlenków nitryli do alkenów (najczęściej) i alkinów (wyjątkowo).
Jeśli dipolarofilami będą alkeny ostatnim etapem syntezy izoksazoli będzie aromatyzacja
produktu pośredniego czyli izoksazoliny. Dipolarofile – tj. alkeny i alkiny będą syntezowane
klasycznymi metodami syntezy organicznej. Alkeny zostaną otrzymane w reakcjach
izomeryzacji odpowiednich, łatwo dostępnych związków allilowych – to ważna zaleta
metody. Niektóre reakcje cykloaddycji będą realizowane pod wysokim ciśnieniem co
powinno skutkować znacznym wzrostem wydajności produktów. Przewiduje się także
syntezę chiralnych izoksazolin w reakcjach z chiralnymi katalizatorami (np. kompleksami
metali z chiralnymi ligandami). Planuje się testowanie aktywności antybakteryjnej i
antynowotworowej otrzymanych izoksazoli. Wyniki testów aktywności bilogicznej zostaną
wykorzystane do projektowania i modyfikacji struktur następnych, potencjalnie aktywnych
związków. Ideę metody otrzymywania dihydroizoksazoli (z funkcjonalizowanych alkenów, a
ściślej ze związków allilowych) i izoksazoli przedstawia poniższy Schemat 1:
Q
cat.
Q
Me
ArCNO or [ArC(Cl)=NOH + base]
Ar
Me
N
O
Q
DDQ
Ar
Me
N
O
Q
Q = alkilO, arylO, alkilS, arylS, alkil 2N i inne; Ar = fenyl, 2,6-dichlorofenyl, 2,4difluorofenyl i inne; kat. = [RuClH(CO)(PPh3)3], 18-Crown-6/KOH i inne; base: Et3N, superzasada, K2CO3 i inne.
Schemat 1. Synteza izoksazoli z dihydroizoksazoli: a) tandem izomeryzacja (związków
allilowych do winylowych) – cykloaddycja dipolarna (tlenków nitryli do związków
winylowych); b) aromatyzacja układów dihydro za pomocą DDQ.
Dipole do reakcji cykloaddycji, tj. tlenki nitryli otrzymywano z odpowiednich
chlorków oksymoilowych, które z kolei syntezowano z łatwo dostępnych oksymów. Same
tlenki stosowano do cykloaddycji w formie czystej (dotyczy to trwałych tlenków, tj. 2,6dichlorobenzaldehydu, 2,4,6-trimetylobenzaldehydu, 2,4,6-trimetoksybenzaldehydu oraz
antracen-9-karboaldehydu) lub generowano je in situ (w przypadku mniej trwałych): po
dodaniu do chlorku oksymoilowego dipolarofila, wprowadzano do układu reakcyjnego zasadę
(najczęściej trietyloaminę). Sama cykloaddycja prowadząca do izoksazolin jest prosta
(łagodne warunki, chlorek metylenu lub dimetyloformamid jako rozpuszczalniki) a produkty
wydzielano za pomocą chromatografii kolumnowej. Z kolei aromatyzację układów dihydro
zrealizowano poprzez ogrzewanie ich z DDQ, w roztworze toluenu, w atmosferze argonu;
przebieg reakcji kontrolowano za pomocą TLC a otrzymane izoksazole oczyszczano
chromatograficznie. Wcześniej próbowano uzyskać izoksazole na drodze aroamtyzacji z
wykorzystaniem takich utleniaczy i katalizatora dehydrogenacji, jak: chloranil, Pd/C, γ-MnO 2,
NiO2, DABCO-Br2 oraz DBH, ale próby zakończyły się niepowodzeniem, reakcja w ogóle nie
zachodziła bądź uzyskiwano produkt z bardzo niewielką wydajnością (rzędu 10-15%).
Zastosowanie DDQ do aromatyzacji pozwoliło na uzyskiwanie produktów (izoksazoli) z
wydajnością 75-85%.
Jak dotąd udało się zsyntezować ponad 30 różnych izoksazolin i izoksazoli oraz
zbadać aktywność biologiczną 15 z nich. Badania aktywności biologicznej wykonano w
Pradze, w firmie „Zentiva AS”. Składały się one z dwóch części, przy czym w pierwszej
określono czystość związków, wykorzystując chromotagrafię HPLC (na przyrządzie Waters
Alliance 2695 XEHPLC), zarejestrowano widma UV (Waters Photodiode Array Detektor
2996) oraz wykorzystując metody chromatograficzne określono lipofilowość badanych
związków (obliczono log P). W drugiej części badań próbki izoksazolin badano jako
inhibitory fotosyntezy w chloroplastach szpinaku w odniesieniu do wzorca DCMU (3-(3,4dichlorophenyl)-1,1-dimetylomocznik) oraz określono ich aktywność antygrzybiczną w
odniesieniu do Flukonazolu (dla ośmiu gatunków patogennych grzybów). Najwyższą
aktywność przeciwgrzybiczą wykazała izoksazolina zawierająca ugrupowanie amidowe
przedstawiona na poniższym Rysunku 1.
Cl
N
O
Cl
H3C
N
O
CH3
CH3
Rysunek 1. Izoksazolina (dihydroizoksazol) o najlepszej aktywności antygrzybiczej.
Co ciekawe udało się również potwierdzić strukturę molekularną izoksazolin
(Rysunek 2) oraz produktu ubocznego, tj. dimeru tlenku nitrylu, za pomocą rentgenowskiej
analizy strukturalnej – jak pokazuje to Rysunek 3.
Rysunek 2. Struktura krystalograficzna 2-[3-(2,6-dichlorofenylo)-4,5-dihydroizoksazol-4metylo-5-ylo]-1H-izoindol-1,3(2H)-dionu.
Rysunek 3. Struktura krystalograficzna 3,4-bis-(2,6-dichlorofenylo)furoksanu - dimeru tlenku
2,6-dichlorobenzonitrylu
Wyniki badań biologicznych wskazują drogi syntezy kolejnych połączeń, tj. izoksazolin i
izoksazoli: aktualnie syntezowane są izoksazoliny zawierające różne ugrupowania typu
amidowego.