Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Синтез и биологическая активность карбо- и гетероциклов на основе тетрацианоэтилена

На правах рукописи

□ □345В41 (

ШЕВЕРДОВ Владимир Петрович

СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАРБО-И ГЕТЕРОЦИКЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕТРАЦИАНОЭТИЛЕНА

15. 00. 02 - Фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора фармацевтических наук

2 4 ДГЦ 7ПП[]

Пермь - 2009

003458417

Работа выполнена на кафедре органической химии и химической технологии органических веществ химико-фармацевтического факультета ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Научный консультант: доктор химических наук,

профессор Насакин Олег Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор фармацевтических наук,

профессор Коркодинова Л.М., ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

доктор фармацевтических наук, профессор Марданова Л.Г., ГОУ ВПО «Пермский государственный университет Федерального агентства по образованию»

доктор химических наук, профессор Шкляев Ю.В., Институт технической химии УрО РАН, г. Пермь

Ведущая организация: Башкирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится «17» февраля 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при Пермской государственной фармацевтической академии по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП-277, ул. Ленина, 48.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермской государственной фармацевтической академии.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор фармацевтических наук, профессор

2008 г.

уИ* Ярыгина Т.И.

Актуальность темы. Одной из наиболее важных задач, стоящих перед современной фармацевтической химией является поиск соединений, обладающих высокой биологической активностью и минимальной токсичностью. С этой точки зрения все более актуальным становится совершенствование органического синтеза. Органический синтез, оставаясь экспериментальной дисциплиной, становится все более точной наукой, поскольку позволяет предвидеть и реализовать конечный результат за десятки стадий до намеченной цели. Это стало возможным благодаря применению компьютерных программ для расчетов различных параметров молекул, разработке новых реагентов и открытию неизвестных ранее реакций в своей совокупности предоставляющих химику-синтетику большие возможности для направленного органического синтеза. В последние десятилетия приоритетной целью органического синтеза являются новые пути синтеза необычных карбо- и гетероциклов. Они позволят химически трансформировать антибиотики, стероиды и другие низкомолекулярные биорегуляторы для нужд фармакологии, медицины, а в более широком плане решают фундаментальную проблему «структура - действие». В обзорных работах 3. Раппопорта, А. Фатиади, Ю.А. Шаранина, В.П. Литвинова и Н.С. Зефи-рова посвященных полинитрилам показано, что одни из наиболее универсальных реагентов в синтезе карбо- и гетероциклических соединений — это 1,1,2,2-тетрацианоуглероды (ТЦУ). Четыре нитрильные группы, расположенные у двух атомов углерода в положении 1,1,2,2 придают некоторьм ТЦУ аномально высокую реакционную способность по сравнению с аналогичными moho-, ди-, трициаио- или соответствующими CF3 и NO2- производными. Так, реакции тетрацианоэтилена (ТЦЭ) и его производных: этан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (ЭТК), 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбо-нитрилов (ОAT) и 1,1,2,2-тетрацианоциклоалканов (ТЦЦА), идущие с образованием циклических соединений протекают, как правило, быстро, в чрезвычайно мягких условиях и часто с количественными выходами. Полученные карбо- и гетероциклы содержат легко модифицируемые функциональные группы и представляют большой интерес для тонкого органического синтеза, химии пестицидов и производства лекарственных препаратов. В ТЦУ и их производных помимо возможностей преобразования каждой из CN- групп в импно-, амино-, карбоксамидо-, карбокси- группы могут на определенных этапах включаться внутримолекулярные циклизации по типу Торпа - Циглера или гидролиз за счет 1,3-диаксиального взаимодействия. В результате таких «скрытых» превращений в одной технологической стадии могут протекать до 10 и более разнообразных химических реакций. Это дает возможность самоорганизации указанных синто-нов в сложные органические соединения в одной технологической стадии, что исключает проблемы промежуточного выделения полупродуктов, значительно сокращает стоки и газовые выбросы, т.е. делает процессы экологичными.

Гипотеза исследования. Среди органических карбоиитрилов, полученных на основе ТЦЭ, наиболее высокую химическую, противоопухолевую и антимикробную активность имеют ТЦУ.

Цель работы. Совершенствование методических приемов препаративной органической химии для разработки новых путей синтеза эффективных и малотоксичных биологически активных соединений путем исследования свойств ТЦУ. Задачи исследования.

1. Найти классы органических нитрилов, характеризующихся высокой химической и биологической активностью.

2. Изучить реакционную способность ТЦЭ по отношению к <х,р-иепре-дельным кетонам.

3. Исследовать реакции ТЦЭ с а- и р-галогенкетонами, а также с некоторыми дикарбонильными соединениями.

4. Изучить реакционную способность ОАТ.

5. Исследовать химические свойства тетрацианозамещенных алициклов, показать и обосновать их высокий синтетический потенциал.

6. Определить наиболее вероятные пути протекания реакций и перспективные направления изучения биологической активности цианозаме-щенных карбо- и гетероциклов.

7. Провести фармакологический скрининг синтезированных соединений, проанализировать его результаты, установить зависимость между действием веществ и их строением.

8. Из синтезированных соединений выбрать наиболее перспективные для проведения доклинических исследований в качестве потенциальных лекарственных средств.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Важнейшие факторы, во многом определяющие химическую и биологическую активность органических нитрилов - число нитрильных групп и их пространственное расположение.

2. Процессы взаимодействия ТЦЭ с а,Р-непредельными кетонами заключаются в их тетрацианоэтилировании, образовании 5-оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилов, последовательно превращающихся под действием воды и каталитических количеств соляной кислоты в 5,5-дигидрокси-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилы, 1,2,2-трициа-но-5-оксо-1-циклогексанкарбоксамиды и 5-гидрокси-7-оксо-6-азаби-цикло[3.2.1 ]октан-1,2,2-трикарбонитрилы.

3. ТЦЦА могут быть синтезированы неизвестными ранее способами - реакциями циклоприсоединения а-хлор-, p-бром-, а также а- и 6-оксозамещенных алканонов с ТЦЭ.

4. Взаимодействие ОАТ с альдегидами является перспективным направлением синтеза потенциально биологически активных карбо- и гетероциклов.

5. Высокая реакционная способность ТЦЦА обусловлена наличием в их циклах тетрацианоэтильного фрагмента и расположенных рядом нук-леофильных групп, способных с ним взаимодействовать.

6. Наиболее перспективное направление изучения биологической активности цианозамещенных карбо- и гетероциклов - это исследование их противоопухолевых свойств.

7. Результаты скрининговых исследований противоопухолевой, анти-ВИЧ, антимикробной активностей синтезированных соединений, зависящие более всего от карбонитрильных и Т^ТЧ-диалкилгидразинных фрагментов.

8. Анализ фармакологических свойств синтезированных циклических карбо нитрилов и выбор из них 1,1,2,2-тетрацианозамещенных как наиболее перспективных для дальнейших исследований и проведения доклинических испытаний.

Научная новизна. Разработано новое научное направление в получении биологически активных веществ исходя из ТЦЭ. ТЦЭ и синтезированные на его основе ОАТ и ТЦЦА являются уникальными и реакционноспособ-ными синтонами, реакции которых на молекулярном уровне имеют сложный спектр превращений и в тоже время препаративны. Они осуществляются быстро, в одну стадию, с высокими выходами, приводя к высоко биологически активным ди-, три- и к наиболее перспективным тетрацианоза-мещенным карбо- и гетероциклам. Впервые изучены реакции ТЦЭ с а,р-непредельными кетонами, с а,р-галогензамещенными кетонами, с а и 6-дикетонами. Из ТЦЭ и а,р-непредельных кетонов получены неизвестные ранее тетрацианоциклогексаноны. Для ТЦЭ найдены новые реагенты в синтезе тетрацианозамещенных циклопропанов и циклобутанов - а-хлор- и Р-бромкетоны. Открыты новые реакции ТЦЭ с дикетонами. С 1,2-циклогександионом и бис(циклогексанон-2-ил)метаном ТЦЭ реагирует таким образом, что вначале происходит их тетрацианоэтилирование, а затем формирование соответственно пентанового и гексанового циклов. В результате исследования свойств 1-(2,2-диалкилгидразино)-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанов обнаружен аномально легкий разрыв а-С'-С2-связи цикла. На этой основе разработаны новые препаративные методы синтеза циклопентенов, пирролидинов, пиперидин-2-онов. Осуществлен необычный каскад превращений 5-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов, обусловленный сочетанием в цикле четырех ниг-рильных и карбонильной групп. Найдена уникальная способность образовывать ими устойчивые гидраты - 5,5-дигидроксициклогексан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы. У последних стерическая ситуация способствует 1,3-диаксиальному HO«"CN взаимодействию,, приводящему к легкому гидролизу только одной цианогруппы. Образующиеся 1,2,2-трициано-5-оксо-1-циклогексанкарбоксамиды, в зависимости от условий, превращаются в 5-оксоциклогексан-1,2,2-трикарбонитрилы, либо циклизуются до 5-

гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрилов. Быстро и в сравнительно мягких условиях (30-40°С, 1 мин) проведено нитрование 6-(4-метоксифенил)-4-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов до 5-гидрокси-3-(3-нитро-4-метоксифенил)-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрилов. Нитрование ароматического кольца активирует формирование пирролидинового фрагмента. Установлено, что синтезированные на основе ТЦЭ полицианосодержащие карбо- и гетероциклы, как биологически активные вещества, в наибольшей степени проявляют противоопухолевые свойства. Среди них наиболее эффективны тетрацианоза-мещенные производные. Для тетрацианозамещенных карбо- и гетероцик-лов характерна также повышенная, в сравнении с их аналогами содержащими две или три нитрильные группы, антимикробная активность. Скрининг синтезированных соединений на ВИЧ-1 показал, что самой высокой активностью (степень защиты ~ 50% при концентрации исследуемых веществ 2 х Ю^М) обладают ди- и трицианозамещенные азотсодержащие гетероциклы, одним из элементов циклических структур которых является фрагмент М^'-диметилгидразина.

Практическая значимость. Осуществленные в работе реакции ТЦЭ и его аддуктов позволили разработать принципиально новые препаративные методы синтеза неизвестных ранее биологически активных полифункциональных циклопропанов, циклобутанов, циклопентанов, циклопентенов, циклогексанонов, азабицикло[3.2.1]октанов, пиридинов, 1-азапенталенов, азабицикло[3.1.0]гексенов, пирролидинов, пиперидонов, пирролинов. Разработанные методы просты по исполнению и технологичны. При этом, как правило, протекают сложные многостадийные на молекулярном уровне процессы. Показана высокая реакционная способность тетрацианоэтили-рованных кетонов, являющимися одними из наиболее доступных полициа-нированных синтонов. На их основе предложены простые методы модификации кетонов R'3CC(0)CHR2 2, в том числе природных и биологически активных, в устойчивые и хорошо кристаллизующиеся производные пира-на, циклопентена и 1 -азапенталена. Этот синтетический подход заключается в тетрацианоэтилировании кетонов и взаимодействии образующихся ОАТ с альдегидами. Синтезированы практически нетоксичные вещества обладающие более высокой чем известные препараты противоопухолевой активностью, перспективные для внедрения в медицинскую практику. Это 1-(2,2-диалкилгидразоно)-4-К-2,2,3,3-тетрацианоциклопентаны и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-11-пиперидин-2-оны - карбо- и гетероциклы, содержащие структурные фрагменты производных 1,1,2,2-этантетракарбонитрила и М,>?-диалкилгидразина.

Апробация работы. Отдельные части работы докладывались и обсуждались на VII и VIII конференциях молодых ученых химиков (Иркутск 1989, 1990), III Всесоюзном совещании по химическим реактивам (Ашхабад, 1989), II и III конференциях молодых ученых-химиков (Донецк, 1990,

1991), Республиканском научно-техническом семинаре по актуальным проблемам современной химии (Чебоксары, 1991), Всероссийской конференции "Юность Большой Волги" (Чебоксары, 2000), Международной конференции "Молодежь и химия" (Красноярск, 2000), III Всероссийской конференции молодых ученых (Саратов, 2001), Республиканской научно-практической конференции по химии (Чебоксары, 2002). Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 статьи, тезисы 16 докладов, получено 3 авторских свидетельства.

Личный вклад автора в работы, включенные в диссертацию заключается в теоретическом обосновании задач и практическом выполнении их, в непосредственном участии во всех этапах исследования: проведении синтезов, обработке результатов, написании и оформлении всех публикаций. В проведении отдельных этапов исследований принимали участие аспиранты О.В. Ершов, В.В. Булкин, А.Н. Чернушкин.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 276 стр., включающих 36 рисунка, 26 схем и 41 таблиц и состоит из литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы (354 наименований).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Для получения карбо- и гетероциклов проводились реакции в основе которых лежат внутримолекулярные взаимодействия с одной стороны С-Н, NH2, ОН, CONH2 и с другой C-=N, C=NH, С=0, С=С групп. В качестве исходных полицианосодержащих реагентов использовали ТЦЭ, ОАТ и ТЦЦА. Для ответа на вопрос: является ли образование того или иного соединения энергетически более выгодным из гаммы альтернативных структур был использован метод расчета энергии молекул и гипотетических ин-термедиатов с помощью программы «CS Chem 3D Pro», методом ММ2. Расчетные данные были уточнены с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА).

1. Синтез и свойства 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбоиитрилов

Точкой отсчета начала интенсивного развития химии органических полинитрилов можно считать публикацию сотрудников фирмы DuPont в JACS (1958) препаративного способа получения ТЦЭ. Тогда же было сообщено о синтезе ЭТК и ОАТ. Наша лаборатория внесла значительный вклад в это направление прежде всего тем, что разработала более простые методы синтеза ЭТК - восстановлением ТЦЭ диметилфосфитом и ОАТ -присоединением кетонов к ТЦЭ катализируемым спиртами и кислотами. Полагаем, что среди рассматриваемых нами ТЦУ наиболее активны функционально более насыщенные ОАТ.

В настоящее время, вероятно, исследования по изучению реакций ТЦЭ с кетонами являются одними из наиболее перспективных.

1.1. Реакции тетрацианоэтилена с а,р-непредельными жетонами

Нами впервые были исследованы реакции ТЦЭ с а,р-непредельными кето-нами. Процессы тетрацианоэтилирования а,р-непредельных кетонов и дальнейшие их превращения представляли значительный интерес.

1.1.1. Синтез 3,4-К\Кг-5 -оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилов

Ранее в качестве основного метода синтеза шестичленных тетрацианоза-мещенных карбоциклов использовалась реакция [4+2] циклоприсоедине-ния диенов с ТЦЭ (Миддлетон, 1958). Мы нашли новый подход к этим соединениям взаимодействием ТЦЭ с а,р-непредельными кетонами 1. При этом образуются циклогексаноны 2 с выходами 48-89 %.

Схема 1.

МС см г . , Н

)=( Г КЧ ,Н1 н о!

Ь см К3 л н

1 ! 2

1 ТяЯтт 1

Табл. 1.

Соединение Я1 Я2 и3 Чр,час Выход, %

2а С3н7 С3н7 н 8 64

26 РЬ с3н7 н 6 82

2в 4-СН3ОС6Н4 СзН, н 6 79

2г 4-СН3ОС6Н4 СН3 СН3 6 73

2д 4-СН3ОС6Н4 Н ¡-С3н7 6 89

2е 2-Би н н 3 68

2ж 1-С3Н7 Н н -12 68

2з РИ Н н 6 48

2и РЬ Н СНз 6 77

2к 4-СН3ОС6Н4 Н СН3 3 61

тр - время реакции

Реакции, вероятно, начинаются, как и в случае взаимодействия ТЦЭ с предельными алканонами, с образования тетрацианоэтилированных кетонов ¡1. Это общее направление взаимодействия карбонильных соединений с а,Р-непредельными нитрилами рассматривается как присоединение а-углеродного атома кетона к активированной двойной связи нитрила (Шаранин Ю.А., Гончаренко М.П., Литвинов В.П., 1998). Следующая стадия - это внутримолекулярная циклизация. Процессы носят общий характер, что иллюстрируется вовлечением таких сложных аналогов как ацетат 16-дигидропрегненолона 5 с образованием 17-ацетокси-5,5,6,6-тетрациано-10,14-диметил-8-оксопентацикло[11.8.0.02'10.04'9.014'19]генэйкоз-19-ена 6.

По аналогичной схеме с ТЦЭ реагируют и циклические а,р-непредельные кетоны 3 - образуются циклогексаноны 4.

Схема 2.

= 2

О о

За-в

снз

сг о

Взаимодействие ТЦЭ с непредельными кетонами 7, содержащими в а-положении электроноакцепторные заместители СОСЖ и С(0)СН3 приводит к циклогексенолам 8.

Схема 4.

13—сн=с

N0 СМ

«• И

N0 СМ

\

/

сн.

с=о

Табл. 2.

Соединение II1 II2 я3 тр,час Выход, %

4а Н н н 12 91

46 СН3 СНз СНз 12 89

4в* СН3 н 4-СН3ОС6Н4 12 95

6 - - - 48 84

8а* с6н5 ОС2Н5 - 48 52

86 СН; ОС2Н5 - 48 37

8в 4-СН3ОС6Н4 ОС2Н5 - 48 78

8г РЬ СНз - 12 81

8д 1-СЗН7 СНз - 12 57

8е 4-СНзОСбН, СНз - 12 84

Структура определена методом РСА

Последовательность превращений, предложенных на схеме 1, подтверждается реакциями ТЦЭ с кетонами 9. При смешении реагентов в диоксане, в присутствии катализатора (конц. НС1) образуются тетрацианокетоны 10. Как показано на рис. 1 внутримолеку-

Рис. 1. Молекулярная структура соединения 106. ляРная Циклизация кетона 106 И

его циклических аналогов по Михаэлю невозможна. Это можно объяснить жесткой фиксацией а-углеродных атомов по отношению к карбонильной группе. Соединения 10а,е,ж не циклизуются в циклогексаноны вследствие более предпочтительной для них Б-Ыв конформации, что согласуется с расчетными энергиями для 10а: Б-ав 47,24 ккал/моль, Б^гат 51,26 ккал/моль.

Схема 5.

сы см

Табл. 3.

Соединение К1 я3 я" Тр Выход, %

10а СНз СНз н н 10 мин 81

106* 2-Ри н (СН2)з 5 мин 89

10в 2-¥и н (СН2)2 5 мин 97

Юг РЬ н (СН2)з 10 мин 94

10 д 4-СН3ОС6Н4 сн, 1 н (СН2)з 10 мин 84

10е ОсСНз н н н 6ч 65

сн3 сн, т

10ж Г Хснз н н н 6ч 68

СНз

1.1.2. Образование 3-Н1-4-Н2-8-К3-5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2 ,2-трикарбонитрилов Условия, при которых образуются циклогексаноны 2 а-д и 2 с-к различны. Для синтеза соединений 2 а-д можно использовать неабсолютированные растворители.

Схема 6.

н

гл 1

1«—-и—*^

н cn cn 2 а-к

h cn conh. 12 е-ж

13 а-т

Табл. 4.

Соединение R1 R2 R3 TP Выход,%

Не 2-Fu H H 2 ча 67

11ж* i-C3H7 H H 12 ча 41

12е 2-Fu H H 5 мин6 95

12ж i-C3H7 H H 10 мин6 92

13а с3н7 C3H7 H 7 мина 89а

136 Ph C3H7 H 10 мин" 98а

13в 4-СН3ОСбН4 c3H7 H 5 мин" 97а

13г 4-CH3OC6H4 CH3 CH3 5 мин" 98а

13д 4-CH3OC6H4 H i-C3H7 5 мин" 80а

13е 2-Fu H H 3 ч, 5 мина 84, 943

13ж* i-C3H7 H H 12 ч, 5 мина 69,81"

13з Ph H H 8 ч, 5 мин" 82, 92а

13и Ph H CH3 6 ч, 10 мин3 74,95а

13к 4-CH3OC6H4 H CH3 3 ч, 5 мин" 69,96а

13л CH3 H H 12 ч 73

13м C2H5 H H 12 ч 81

13н C3H7 H H 12ч 78

13о С5НЦ H H 12 ч 78

13п 4-CH3OC6H4 H H 6ч 64

13р* Ph CH3 H 4ч 83

13с Ph Br H 3-4 дня 75

13т 4-CH3OC6H4 CH3 H 1 ч 79

синтезированы из циклогексанонов 2 ' синтезированы из дигидроксициклогексанов Не,ж

Смешивали ТЦЭ (0,01 моль) с кетонами 1 а-д (0,012 моль) в неабсолюти-роваином диоксане (20 мл) и 3-4 каплями конц. HCl. Циклогексаноны 2 е-к синтезированы в безводных растворителях (диоксан, ацетонитрил) в аналогичных условиях, но с использованием меньших количеств катализатора - 1-2 капли конц. HCl. В случае необезвоженных растворителей при взаимодействии ТЦЭ с кетонами 1е-т образуются 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрш1ы 13 е-т. Более высокую реакционную способность циклогексанонов 2 е-т в сравнении с циклогексанонами 2а-д можно объяснить влиянием стерических факторов. Из анализа радикалов R2 и R3 в соединениях 2 следует, что у более реакционноспособных циклогексанонов 2 е-т, R2=R3=H (2е-з,л-п), R2 или R3 = СНз (2 и,к,р,т), и R2 = Вг (2с). Более устойчивые к процессам гидратации карбонильной и гидролизу аксиальной цианогруппы, и, соответственно, менее реакционноспособные циклогексаноны 2 а-д имеют более объемные заместители R2 и R3. У них сумма R2 + R3 равна двум или трем атомам углерода, что, по-видимому, уменьшает взаимодействия С=0 и CN групп в циклогексанонах 2, а также ОН и CN групп в циклогександиолах 11. Аномальная активация С=0 и одной CN-группы в положениях 1,3 по отношению друг к другу в циклогексанонах 2 объясняется их сближенностью. По расчетам, для циклогексанона 2ж расстояние 0=С—CN равно 2,8Ä. Согласно данным РСА в соединении 11ж существуют две водородные связи. Первая - между атомом кислорода 0(2) и водородом НО(1) ее длина 1,892Ä. Вторая - между водородом аксиального гвдроксила 0(2)Н и азотом N(1) равная 2,005Ä (рис. 2). Расстояние 0(2) - С(7) равно 2,786Ä. Эти факторы, по нашему мнению, способствуют легкому гидролизу цианогруппы циклогексанов 2,11.

12—^13 (схема 6) подтвержда-Рис. 2. Молекулярная структура соединения 11ж. ется переходом карбоксами-

Доказательством последовательности стадий показанных на схеме 6 служит выделение соединений 11 и 12. Диолы 11 е, ж были синтезированы при выдерживании циклогексанонов 2 е, ж в водном диоксане с каталитическим количеством соляной кислоты. Карбоксамиды 12е,ж получены нами при кипячении соединений lie,ж в 2-пропаноле. Превращение

,ж в 2-Превращение

дов 12е,ж в азабициклы 13е,ж при кипячении в диоксане с конц. HCl. Кроме того, соединения 13а-к синтезированы нами из циклогексанонов 2а-к при кипячении их в смеси диоксан - конц. HCl в соотношении 1:1.

1.2. Реакции тстрацианоэтилена с галогенкетонами н дикарбонильиыми соединениями Исследования реакций ТЦЭ с сс,р-непредельными кетонами показали, что 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы, содержащие в положении 5 или 6 функциональную группу, способную реагировать с СН кислотным фрагментом, имеют тенденцию к формированию циклоалкана. Мы пришли к выводу, что для получения других производных тетрацианоциклоалканов необходимо изучить реакции ТЦЭ с а- и ß-галогенкетонами и с некоторыми дикарбонильными соединениями у которых после тетрацианоэтилиро-вания устанавливается благоприятная стерическая ситуация для (CN)2CH"0=C взаимодействия.

1.2.1. Взаимодействие тетрацианоэтилена с а-хлоркетонами Мы разработали новый метод синтеза производных тетрацианоциклопро-пана - (2,2,3,3-тетрацианоциклопропил)кетонов 15, заключающийся во взаимодействии ТЦЭ с а-хлоркетонами, с помощью которого получены алкилциклопропилкетоны 15а-г, спиросоединения 15д,е и арилциклопро-пилкетоны 15ж-и с выходами 60-83%. Полагаем, что реакции начинаются тетрацианоэтилированием по а-галоидзамещенному фрагменту кетонов с образованием 3-хлор-4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов i3. Они неустойчивы и элиминируют HCl, образуя при этом циклопропилкетоны 15. Найденный нами способ получения тетрацианоциклопропанов 15, по сравнению с методом Видеквиста, имеет определенные преимущества. Еще в 1963 г Харт и Фриман сообщили, что при смешении некоторых кетонов: пинаколина, этилбутилкетона, диамилкетона, диизопропилкетона, бензо-фенона с броммалононитрилом в присутствии йодида калия тетрациано-циклопропаны с заместителями С(СН3)3, i- С3Н7, С3Н7, С4Н9, СбН5 не образуются.

r—с—chr

II I

о ci

14

nc cn

И

nc cn

r2 nc cn

I I I

-С—С-С—СН

II I I I

о ci nc cn

-HCl

^C-VT

ll^-H О

Схема 7. cn

cn cn

cn

15

R1 = CH3, R2 = H (a); R1 = C(CH3)3, R2 = H (6); R1 = CH3, R2 = i-C3H7 (в); Rl = CH3, R2 = C3H7 (r); R1 + R2 = (CH2)3 (д)*; R1 + R2 = (CH2)4 (e); R1 = C6H3, R2 = H (ж); R1 = 4-CH3C6H4, R2 = H (з)Д1 = 4-ClC6H4, R2 = H (и)

Как показано на схеме 7, наш метод позволяет синтезировать тетрациано-циклопропаны с этими заместителями. Из структурных особенностей циклопропана 15д (рис.3) следует выделить копланарное расположение о-связей фрагментов С(6)С(62)Ы(62) и С(7)С(72)>1(72). Это является дополнительным активирующим фактором СЫ-групп. Близкое расположение С=0 и двух СИ групп, ориентированных в одном направлении по отношению к циклопропановому кольцу является фактором наиболее вероятного протекания различных взаимодействий и превращений между ними. Однако, в условиях синтеза соединений 15 присутствие воды и каталитических количеств НС1 к каким-либо превращениям циклопропанов не приводит. При переходе циклогексанона 2ж (Е=63,83 ккал/моль) в гидрат Нж (Е=63,55 ккал/моль) (схема 6) происходит, хотя и незначительное, но уменьшение общей энергии. Гипотетический гидрат циклопропана 15д (Е=43 ккал/моль) энергетически менее выгоден в сравнении с его негидратированной формой 15д (Е=39,16 ккал/моль), что и является препятствием для протекания процессов аналогичным реакциям 11—»12—>13 (схема 6).

1.2.2. Реакционная способность тстрацианоэтилена по отношению к р-бромкетонам Наибольшее распространение в синтезе 1,1,2,2-тетрацианоциклобутанов имеет реакция [2+2] циклоприсоединения. Легче всего превращения данного типа протекают при взаимодействии ТЦЭ с алкенами, двойная связь которых активирована электронодонорными заместителями. Как правило, этим процессам приписывают механизм несогласованного циклоприсоединения, где образование циклобутанов происходит постадийно через цвиттер-ионный интермедиат. Принципиально новый подход к синтезу тетрацианоциклобутанов найден нами при изучении взаимодействия ТЦЭ с р-бромкетонами. Происходит быстрое (за 2-3 мин), с высокими выходами (91-96%), образование 1-ацетонил-2,2,3,3-тетрацианоциклобутанов 17. Кроме того, циклобутаны 17 можно получить реакцией ТЦЭ с а,р-непредельными кетонами 1 в присутствии конц. НВг. Однако, в этом случае, их образование протекает дольше - за 12 ч, и со сравнительно низкими выходами (56-71%). Кето-енольная таутомерия бромкетона 16 затрагивает фрагмент СНВг. Дегидробромирование енольной формы кето-на 16 приводит к интермедиату 14 с цепью сопряжения, включающей атом

N(62)

N(71)

Рис. 3. Молекулярная структура соединения 15д

углерода при Л1 и И2. Мы полагаем, что вместо обычного тетрацианоэти-лирования исходных кетонов 1 и 16 по С(0)СНэ фрагменту в этих случаях имеет место взаимодействие ТЦЭ с атомом углерода при И.1 и Я2 интерме-диата ¡4, что приводит к образованию интермедиата 15. Последующие процессы миграции протона и циклизации дают циклобутаны 17. Дегидроб-ромирование кетона 16 до р,у-непредельного кетона и его взаимодействие с ТЦЭ не представляется реальным направлением превращения 16—»-17. Подтверждением этому служит дополнительно проведенная реакция ТЦЭ с метилаллилкетоном, не приводящая к каким-либо индивидуальным соединениям. Поэтому мы считаем, что дегидробромирование бромкетона 16 протекает через енольную форму.

Схема 8.

СНз

R' = C2H5,R2 = H(a)*; R1 = R2 = СН3(б); R1 = С6Н5, R2 = Н(в)

Активность диена i4 к ТЦЭ, по схеме [2+2] циклоприсоединения, по-видимому, обусловлена эффектом сопряжения кратных связей и наличием электронодонорных групп. Об удобном методе синтеза циклобутанов реакцией сопряженных диенов, имеющих S-trans конформацию с ТЦЭ, сообщили Нишида С. и соавторы (1980). Процессы гидратации циклобутанов 17 в ходе их синтеза и дальнейшие HO'CN взаимодействия, как в цикло-гексанолах 11 не протекают вследствие увеличения энергии молекул. По расчетам, для циклобутана 17а Е=68,09 ккал/моль, а для его гидрата Е=76,25 ккал/моль.

1.2.3. Взаимодействие тетрацианоэтилена с дикарбонильными соединениями

Известно, что ТЦЭ взаимодействует с p-дикарбонилными соединениями с образованием ОАТ, пирролов, пиранов и фуранов. Мягкие условия прове-

дения процессов, высокие выходы, потенциальная биологическая активность адцуктов ТЦЭ и р-дикарбонильных соединений — обусловили повышенное внимание к этим объектам. Наиболее сложные превращения протекают при взаимодействии ТЦЭ с ацетилацетоном, ацетоуксусным эфиром и их производными в присутствии пиперидина в бензоле. Последовательность стадий для них выглядит следующим образом: ТЦЭ + р-дикарбонильное соединение —» ОАТ —> производные фурана —> производные пиррола. В случае взаимодействия ТЦЭ с ацетилацетоном использование в качестве растворителя ацетонитрила изменяет ход процессов и образуется 4Н-пиран. Наиболее характерно образование 4Н-пиранов для реакций ТЦЭ с циклическими Р-дикетонами (циклогександион-1,3, диме-дон, 4-гидроксикумарин). Из всего этого следует, что ОАТ, образующиеся при взаимодействии ТЦЭ и р-дикетонов, имеют тенденцию циклизоваться в реакционноспособные, полифункциональные гетероциклические соединения. В связи с вышеуказанным, представляло интерес изучение взаимодействия ТЦЭ с циклическим дикетоном 18, имеющим в своей структуре фрагмент ацетилацетона и ацетоуксусного эфира. Для дикетона 18 возможно несколько направлений реакции тетрацианоэтилирования: в положение 2 и в положение 4 или 6 цикла.

В первом случае должен был образовываться в качестве интермедиата или конечного продукта замещенный фуран или пиран, во втором должна была реализоваться циклизация (СЫ)2СН "С=0 и формирование циклогексана. В действительности же тетрацианоэтилирование дикетона 18 идет в положение 2. Процесс протекает за 1-2 ч. Соединение 19 выделяется при разбавлении реакционной смеси водой. Если реакционную смесь в диоксане выдержать при комнатной температуре в течение 24 ч, то образуется хи-нолин 21. Соотношение ТЦЭ к катализатору (НС1) 1:0,1 н-0,2 (моль). Образование пиранового цикла при внутримолекулярном взаимодействии гид-рокси- и цианогрупп является обратимым процессом и в определенных условиях пирановый цикл может раскрываться. Так, 5-А1к-2-амино-3-цианопиридины образуются при нагревании 5-А1к-2-амино-3-цианопиранов в уксусной кислоте в присутствии ацетата аммония. Вероятно, процессам образования соединения 20 и рециклизации пиран 20 —» хинолин 21 способствуют наличие в них сопряженных кратных связей и карбэтоксильные группы. Так, например, димедон реагирует с ТЦЭ только с образованием пирана. Последовательность стадий 18—>-21 подтверждена нами выделением пирана 20 и осуществлением превращения пиран 20 —> хинолин 21. Пиран 20 мы синтезировали из дикетона 18 и ТЦЭ в диоксане при соотношении ТЦЭ:НС1 = 1:0,01-^0,02 (моль) и выдерживании реакционной смеси при комнатной температуре в течении 2-3 ч. Условия проведения рециклизации пирана 20 до хинолина 21 аналогичны условиям проведения процесса ТЦЭ + дикетон 18 —» соединение 21: растворитель диок-сан, комнатная температура, время реакции 22-24 ч, соотношение ТЦЭ к

НС1 = 1:0,1+0,2 (моль). Уникальное сочетание функциональных групп придало соединению 21 необычную способность реагировать с пиперидином с трансформацией пиридонового цикла в пиридиновый и, кроме того, за счет избытка пиперидина образовывать устойчивый хорошо кристаллизующийся комплекс 22. Реакция протекает в этаноле с избытком пиперидина. Полагаем, что вначале происходит протонирование пиперидина и образование водородных связей 01-Н, ОГ-Н', 05-Н, 05'-Н'. Затем, вероятно, образуются о-связи С2-Ы и С2'-Ы'.

Схема 9.

Другого типа циклизации осуществлены нами при взаимодействии ТЦЭ с дикетонами 23 и 25. Так, ТЦЭ с 1,2-циклогександионом 23 и бис(циклогексанон-2-ил)метаном 25 реагирует с образованием соответственно 6,6,7,7-тетрацианобицикло[3,2.1]октан-1,8,8-триола 24 и 7-имино-2-

спиро-1 '-[2'-оксоциклогексан]-4,5-тетраметилен-6-оксабицикло[3.2.1 ]ок-тан-1,8,8-трикарбонитрила 26. Основное отличие этих превращений (схемы 10,11) от реакций ТЦЭ с (3-дикарбонильными соединениями - это внутримолекулярное взаимодействие кислотного фрагмента СН(СТМ)г с карбонильной группой, приводящее к формированию циклоалканового кольца. При взаимодействии с дикетоном 23 происходит необычное 1,3-циклоприсоединение и образование устойчивого гидрата 24 с выходом 78%.

Р NC CN

н<

NC CN

г О О ^—Ц NC

CN

( )—С—С-Н

\_/ I

- NC

CN

Вероятно, аналогично происходит взаимодействие ТЦЭ с дикетоном 25 -это тетрацианоэтилирование и формирование алканового цикла. Цикл, однако, в этом случае формируется не пяти-, как в реакции с дикетоном 23, а шестичленный. Следующее отличие от предыдущей реакции заключается в реализации НО'СЫ взаимодействия, приводящему к соединению 26.

Схема 11.

Взаимодействие ТЦЭ с карбонильными соединениями открывает путь к уникальным карбо- и гетероциклическим структурам, получение которых другими методами невозможно или затруднительно. Этот путь лежит через образование ОАТ. Из литературных данных (Шаранин Ю.А., 1998) следует, что аддукты Михаэля ТЦЭ и дикарбонильных соединений очень редко удается получить в индивидуальном состоянии, поскольку они высоко-реакционноспособны. Но их аналоги - ОАТ, образованные из ТЦЭ и монокарбонильных соединений почти всегда можно выделить из реакционных масс разбавлением водой или гексаном. Возможность выделения ОАТ соз-

дает условия для всестороннего исследования их свойств. Впервые тетра-цианоэтилирование простейших кетонов (ацетон, циклогексанон, ацетофе-нон и их аналоги) проведено Миддлетоном (1957). Мы распространили эту реакцшо на более сложные кетоны, в том числе природные и биологически активные, и провели тетрацианоэтилирование пинаколина, метил(1-адамантил)кетона, а- и ß-иононов, циклододеканона, ментона, дигидро-эпиандростерона. Таким образом, реакции ТЦЭ с карбонильными соединениями перспективны не только для синтеза новых карбо- и гетероцик-лов, но и при трансформировании и модификации обширных классов карбонильных соединений, имеющих фрагмент CR'3C(0)CHR22.

1.3. Реакции 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с альдегидами Анализируя различные реакции тетрацианоалканонов мы обнаружили, что наиболее подходящими реагентами для перевода их в более устойчивые и хорошо кристаллизующиеся циклические производные являются альдегиды. Они позволяют быстро, в мягких условиях и с высокими выходами превращать тетрацианоалканоны в карбо- и гетероциклы. Благодаря этому нам удалось вовлечь в эти реакции органические соединения сложного строения, включая природные и биологически активные. Ко всем классам синтезированных нами соединений, и особенно к бициклическим пиратам 29, был проявлен интерес со стороны Национального института рака NCI (National Cancer Institute, USA).

Из литературных данных известно, что пираны представляют интерес в качестве аналогов природных соединений, физиологически активных веществ, красителей и пестицидов. Взаимодействие тетрацианоалканонов 28 с альдегидами, не содержащими каких-либо функциональных групп, приводит к образованию биологически активных кислородосодержащих гетеро-циклов 29 пирановой структуры. Метод получения бициклических пира-нов 29 прост: после завершения реакции тетрацианоэтилирования кетонов, альдегид загружается в реакционную смесь без выделения образующихся тетрацианоалканонов. При этом, по-видимому, образуются пираны i9, которые затем циклизуются в бициклы 29. При осуществлении превращений 27—>29 без выделения тетрацианоалканонов 28 выходы соединений 29 составляют 85-92%. Реакции тетрацианоэтилированных кетонов 28 с альдегидами протекают за 20-30 мин. Диоксабициклы 29 выделяли разбавлением смеси водой. Соединения 29 представляют собой устойчивые при хранении и хорошо кристаллизующиеся из многих органических растворителей вещества. Ранее продуктам взаимодействия тетрацианоалканонов 28 с альдегидами приписывалась другая структура. Предполагалось, что циклизация интермедиата ig до замещенного диоксабицикло[2.2.2]октана осуществляется в результате 1,4 взаимодействия групп ОН и CN. Сравнение энергии молекулы 29и (Е=55,25 ккал/моль) с энергией гипотетической структуры соответствующего замещенного диоксабицикло[2.2.2]октана (Е=64,19

ккал/моль) дает основание утверждать, что это взаимодействие не реализуется.

Схема 12.

о

Н н

n0 см

М О N0 _м "-с N0 см II о2\ СЫ н

27

28

9Н ^ CN

(Г чг

29: Я1 + Я2 = (СН2)4, Я = 2-Рц (а); Я1 + Я2 = (СН2)4, К = ¡-С3Н7(б); Я1 + Я2 = (СН2)4, Я = СН3 (в); Я + Я2 = (СН2)4, Я = Н (г); Л1 = Л2 = СН3, Л = 3-02>ГС6Н4 (д); Я1 = Я2 = СН3, Л = СбН5 (е); Л1 = Я2 = СН3, Л = 2-Ри (ж); Я1 = К2 = СН3, К - 1-С3Н7 (з); К = К1 = И2 = СН3 (и); К1 = Я2 = СН3, К = Н (к); Я1 = СН3, Я2 = Н, Я = С2Н5 (л); Я1 = СН3, Я2 = Я = Н (м); Я1 + Я2 = (СН2)4, Я = С6Н5 (н)*; Я1 + Я2 = (СН2)Ш, Я = Н (о);Я1 + Я2 = (СН2)10, Я = С6Н5 (п); Я1 + Я2 = (СН2)ю, Я = 4-Ру (р).

О преимущественном взаимодействии гидроксила с цианогруппой в положении 3 интермедиата ¡9 (Я = Я1 = Я2 = СН3) свидетельствуют компьютерные расчеты межатомных расстояний. Их наименьшие значения между ОН и СЫ в положениях 1,3 равны - 2,82 А, ОН и СЫ в положениях 1,4 равны — 4,49А. Эти расчеты находятся в соответствии с рентгеноструктурными исследованиями соединения 29н. Проводя дальнейшие исследования свойств тетрацианоалканонов, мы разработали новый метод трансформирования ке-тонов, в том числе природных и биологически активных, в производные 4-формил-3-циклопентен-1,1,2-трикарбонитрилов. Реакция алканонов 28 с акролеином приводит к циклопентенам 30. Полагаем, что вначале образуется аддукт Михаэля ¡10. Затем в результате процессов циклизации и изомеризации образуются циклопентены 30. Эта реакция специфична тем, что двойные связи С=С и С=0 в алканонах 28 не затрагиваются. По данным ТСХ соединения 28 превращаются в циклопентены 30 при комнатной температуре за 20-30 мин.

^ см я—с—с-н

I I

см см 28

сн2=сн

о

о н

сы сы I I //

н-с—с-сн2-сн2—с см см н

30:

я =

(сн3)2сн=снсосн -

щ

СНз

(а)*; Я= (в); Я =

00; я =

■0СН2—

(б); (г);

(е)*.

Для того, чтобы циклопентены 30 выделить в кристаллическом состоянии, реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1224 ч. Соединения 30 получены с выходами 65-92%. Также как и пираны 29, циклопентены 30 хорошо кристаллизуются и легко выделяются из реакционных смесей. Результаты рештеноструктурных исследований и ЯМР'Н спектров соединений 30 свидетельствуют о наличии водородных связей между кето- и аминогруппами. По данным РСА соединения 30а расстояния между карбонильной и аминогруппой равно 2,535А. Таким образом, в цик-лопентенах 30 имеет место взаимодействие Я2С=0 и ЫН2 групп. Вероятно, это взаимодействие еще более сильно выражено у гипотетических 2-замещенных 3-амино-4-формил-3-циклопентен-1,1,2-трикарбонитрилов ¡п и ¡и, у которых в положении 2 расположены более объемные заместители, чем у соединений 30. Это подтверждается тем, что реакция 1-(2-оксоцикло-додецил)-1,1,2,2-этантетракарбонитрила и тетрацианодигидроэпиандро-стерона 32 с акролеином не останавливается на стадии формирования 3-амино-4-формил-3-циклопентен-1,1,2-трикарбонитрилов ¡ц и ¡и, а образуются 1-азапенталены 31 и 33.

31*

По расчетам расстояния между амино- и кетогруппами Н2№'С=0 в интер-медиатах ¡ц и ¡12 равны соответственно 1,88А и 1,94А. Это значительно меньше чем тоже расстояние по данным РСА у соединения 30а.

Схема 15.

1.4. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тстракарбонитрилов с

аммиаком

Осуществленные нами превращения ОАТ в гетероциклы обусловлены внутримолекулярными взаимодействиями нуклеофильных (CONH2, ОН) и цианогрупп. Кроме того, в качестве источника азота для замыкания пиридинового цикла мы использовали аммиак. При этом обнаружены сложные, многостадийные превращения. Так, при взаимодействии тетрацианоалка-нонов 28 с водным раствором аммиака в течение 24-48 ч образуются два различных класса соединений: бициклы 34а-в и пиридины 35а-в. На направление реакции влияет характер заместителей R1 и R2b тетрацианоалка-нонах 28. Наличие объемных заместителей приводит к бициклам 34а-в. Если R1 и R2 менее объемные, то образуются пиридины 35а-в. Вероятно, начальные стадии для этих реакций общие: происходит присоединение аммиака к цианогруппе, расположенной в у-положении кетонов 28,

с образованием интермедиата ¡и. Последний циклизуется в 6-гидрокси-тетрагидропиридин iu, который затем превращается в бицикл ¡15. Децикли-зация интермедиата ii5 приводит к дигидропиридин-4-карбоксамиду Эту последовательность стадий подтверждает взаимодействие ОАТ с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами в котором получению 3,4,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидропиридин-4-карбоксамидов предшествует образование цианозамещенных аминоалканона и 6-гидроксипиперидина. Впоследствии на дальнейший ход процессов начинают влиять стерические факторы. В случае объемных заместителей [Rl + R2 = (СН2)Ш п = 3,4] в интермедиате in происходит взаимодействие карбоксамидной группы с C=N связью пиридинового цикла и образуются 4,6-диазабицикло[3.2.1]окг-2-ен-7-оны 34а-в.

Схема 16.

R—С—CHR—C(CN)2—CH(CN)2 NH,

34 : R1 + R2 = (CH2)3 (a); R1 + R2 = (CH2)4 (6)*;

35 : R1 = CH3, R2 = H (a)*; R1 = R2 = CH3 (6); R1 = C2H5, R2 = H (в);

Интермедиа! ¡16 с менее объемными заместителями (Я1, Я2 = Н, СН3, С2Н5) претерпевает превращения по другому направлению - с дегидроцианирова-нием до пиридина ¡17, который, в результате внутримолекулярного взаимодействия карбоксамидной и цианогруппы образует бицикл ¡18. Последняя стадия, по нашему мнению, - это гидролиз лактамного цикла интермедиата ¡18, приводящий к 3-амидинио-2-аминопиридин-4-карбоксилатам 35а-в. Расчет межатомных расстояний ТЧ2-С6, Ы2-С интермедиатов ¡16(1) [Я1 + Я2 = (СН2)з] и ¡16(П) (Я1 = СНз, Я2 = Н) показывает, что они не отличаются друг от друга и равны 2,8-2,9А. При таких значениях образование с-связей Ы2-С6 и 1Ч2-С7 равновероятно. Различия в направлениях ¡16(1) —* 34 и ¡щщ —* 35 (схема 16) обусловлены, как мы полагаем, влиянием стерических факторов Я1 и Я2. Так, для процесса ¡16(11) —> 35, в сравнении с превращением -* 34 наиболее вероятно дегидроцианирование и образование пиридина ¡17. Компьютерные расчеты торсионных углов С8-С4-С5-Н свидетельствуют в пользу этой точки зрения. Для интермедиата цод, где Я1 + Я2 = (СН2)з угол С8-С4-С5-Н равен 52,5° и, следовательно, дегидроцианирование маловероятно. Иная ситуация у интермедиата ¡,6(П), где Я1 = СН3, Я2 = Н, - угол С8-С4-С5-Н равен - 170,1°, что способствует дегидроцианированию и образованию интермедиата ¡17. У 4-карбоксамидо-З-цианопиридина ¡п рассчитанные межатомные расстояния И2-С6 и М2-С7 равны соответственно 4,76 и 2,83 А. Таким образом, для него наиболее вероятен процесс циклизации СОИНг "СЫ до лактама ¡18. Реакция 28—>35 представляет собой первый случай, когда в тетрацианоалканонах вовлечены в различные взаимодействия и превращения все четыре цианогруппы. Это новый синтетический подход к производным изоникотиновой кислоты.

2. Исследование реакционной способности 1-замещенных 2,2,3,3-тетрацианоциклоалканов Анализируя литературные данные других авторов, и полученные нами результаты можно сделать вывод, что широкие синтетические возможности ТЦЭ наиболее ярко проявляются в реакциях с карбонильными соединениями. Известные ранее превращения ТЦЭ с кислотами, основаниями, алкена-ми, диенами и ароматическими соединениями менее разнообразны. Тетра-цианоэтилирование кетонов до тетрацианоалканонов создает условия для легкого превращения их в цианозамещенные карбо- и гетероциклы. Полагаем, что циклические аналоги тетрацианоалканонов - соответствующие тетрацианоциклоалканы также должны иметь высокий синтетический потенциал. Синтезированные нами полицианосодержащие алициклы использованы в качестве синтонов для получения в мягких условиях сложных потенциально биологически активных соединений.

2.1. Реакционная способность 1-замещенных 2,2,3,3-тетрациано-циклопропанов и циклобутанов Одни из наиболее отличительных особенностей протекания некоторых реакций ТЦУ - это мягкие условия и быстротечность. Они идут с высокими

выходами и легко могут быть воспроизведены в заводских условиях и внедрены в производство. Проведение технологичиских процессов в мягких условиях и за несколько минут или секунд не требуют больших энергозатрат, и как правило, не сопровождается выделением побочных продуктов. Мы считаем, что нахождение синтонов, позволяющих быстро и с высокими выходами осуществлять сложные химические процессы - одна из главных задач современного органического синтеза. Данного типа превращения обнаружены нами при взаимодействии (2,2,3,3-тетрацианоцикло-пропил)кетонов 15а,д с водным аммиаком: за 30 сек с выходами 72-82% происходит образование 2,4-диамино-1,6-дициано-3-азабицикло[3,1,0]гекс-2-ен-6-карбоксамидов 36. В процессах образования бициклов 36 имеет место присоединение к молекуле циклопропанов 15 двух молекул аммиака, что приводит к формированию пирролинового цикла и трансформации одной из цианогрупп в карбоксамидную. Синтез соединений 36 представляет собой новый способ аннелирования пирролинового цикла к тетрацианоцик-лопропанам и получения новых конденсированных структур, в которых один из фрагментов содержит несколько электроноакцепторных, а другой электронодонорных заместителей.

Схема 17.

«Vй*

/ Л

----/ / --N0-

Тгг

с-—\ nn2

СМ ¡21

36: Я1 = СН3; Я2 = Н(а); Я2=(СН2)3(б)*.

Поскольку в результате реакции образуется только одна карбоксамидная группа, то этот процесс, вероятно, протекает внутримолекулярно. На основании того, что реагируют цианогруппы, расположенные по одну сторону от циклопропанового кольца в направлении связи С=0 (рис. 3,4), мы полагаем, что первоначально происходит присоединение только одной молекулы аммиака до образования ¡19, далее внутримолекулярное взаимодействие

HO—CN, приводит к интермедиату i?o (сх. 17). Среди пяти теоретически возможных вариантов

присоединения аммиака к кратным связям C=N и С=0, взаимодействие с С=0 группой и образование ily, по расчетам, энергетически наиболее выгодно. Четыре гипотетических варианта структуры 15д с фрагментом H2N-C=NH имеют энергии 40-42 ккал/моль, а интермедиат iiy 35 ккал/моль. Затем, вероятно, присоединяется вторая молекула аммиака и образуется интермедиат i2i. Формирование пирролинового цикла и соединений 36а,б происходит в результате взаимодействия амино- и цианогруип в интермедиате i2i. Другие циклические производные

тетрацианоалканонов - 1-ацетонил-2,2,3,3-тетрацианоциклобутаны 17 с нуклеофилами (R3N, RSH, ROH) при комнатной температуре не взаимодействуют. Нагревание реакционных смесей приводит к полимеризации. Однако, при 40-45°С циклобутан 176 с 2,4-динитрофенилгидразином в спирте с выходом 95% образует хорошо кристаллизующийся гидразон 37.

Схема 18.

Рис. 4. Молекулярная структура соединения 366.

н3с н3с-д

nc"

.СН,

CN

I \

-cn

cn

176

Основная часть опубликованных реакций гетрацианоциклобутанов связана с разрывом о-связи цикла между тетрацианоэтановым фрагментом и электронодонорным заместителем. Например, 1-этокси-2,2,3,3-тетрацианоциклобутан дециклизуется даже при растворении его в полярных растворителях. Образующийся при этом цвиттер-ионньш интермедиат стабилизирован этокси- и цианогруппами. Циклобутаны 17 такой способностью не обладают, что связано с отсутствием стабилизирующего положительный заряд эффекта ацетонильной группы при дециклизации по связи О'-С2 В развитие исследований процессов дециклизации цианоциклоалканов значительный вклад внесло изучение химии ЭТК, легко получаемого восстановлением ТЦЭ диметилфосфитом.

Благодаря высокой реакционной способности ЭТК осуществлен синтез уникальных циклопентанов 38, содержащих близко расположенные сильные электронодонорные и электроноакцепторнуго группы - соответственно диалкилгидразинный и тетрацианоэтильный фрагменты.

2.2. Реакции 1-(2,2-диалкилгидразино)-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанов 1-(2,2-Диалкилгидразино)-2,2,3,3-тетрацианоциклопентаны 38 были получены при взаимодействии ЭТК с диалкилгидразонами а,р-непредельных альдегидов с выходами 40-80%. Они проявляют высокую реакционную способность благодаря аномально легкому разрыву о-связи С'-С2. Эта связь разрывается даже при растворении тетрацианоциклопентанов 38 в органических растворителях (данные РСА, дебаеграмм, ЯМР-спектроскопии). Кроме того, дециклизация циклопентана 38а по связи С'-С2 была доказана путем смешения его с эквимольным количеством триэтиламина или три-этаноламика в диоксане. При этом образуется соль 39, ИК и ЯМР13С спектры которой указывают на следующие группы: 2130, 2190 см"1 -C(CN)2, 1590 см"1 (C=N); 150 м.д. (CH=N).

Схема 19.

Синтезированные нами на основе циклопентанов 38 карбо- и гетероциклы проявили широкий спектр биологической активности, поэтому представляло интерес изучить не только разнообразные превращения соединений 38, но и влияние различных реагентов на выходы продуктов реакций. Мы обнаружили, что нагревание циклопентанов 38 в диоксане с аминами (триэти-ламин, триэтаноламин, диэтиламин, этиламин, аммиак) при соотношении в молях 38: N1^ = 1:0,0005-0,0007 приводит к циклопентенам 40. Реакции, вероятно, протекают через стадии образования интермедиатов 122» Ьз и циклизации последних в циклопентены 40. Время протекания процесса 38—»40 5-7мин. Лучшими катализаторами являются триэтиламин и триэтаноламин (выходы 33-47%). Использование других аминов снижает выходы цикло-пентенов 40: при применении диэтиламина выходы 25-38%, этиламина - 924%, аммиака - 21-33%. О широких синтетических возможностях, заложенных в тетрацианоциклопентанах 38, благодаря найденному эффекту свидетельствует также взаимодействие тетрацианоциклопентанов 38 с избытком триэтиламина в среде 2-пропанол - вода (3,5:1). При нагревании

смеси до кипения направление процесса кардинальным образом меняется -с выходами 30-42% образуются пирролидины 41.

Схема 20.

41* ;24 40*

40 : R = СНз (a)*, R = СбН5 (б), 2-Fu (в);

41 : R = СНз (a)*, R = С6Н5 (б), С3Н7 (в);

Скорее всего, избыток амина и вода связывают в реакционной смеси выделяющуюся синильную кислоту, присоединение которой к C=N связи ин-термедиата i23 приводит к лабильным соединениям i24, которые циклизуют-ся в пирролидины 41. Кроме триэтиламина в этой реакции можно использовать диэтиламин и аммиак (27-51%). Наиболее приемлемым способом выделения соединений 40 и 41, обеспечивающим их полную кристаллизацию и высокую степень чистоты, является добавление воды к прореагировавшей смеси до начала помутнения раствора. Необычность тетрациано-циклопентанов обусловлена прежде всего их способностью к дециклизации и образованию азотистых производных оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов 39 и i22. Они имеют те же структурные элементы что и ОАТ (тетрацианоэтильные фрагменты и кратные С=Х связи, где X = О, N). Продолжая изучение свойств тетрацианоциклопентанов 38 мы обнаружили, что при действии на них окислителей образуются 1-(2,2-диалкилгидразоно)-2,2,3,3-тетрацианоциклопентаны 42 и 1-диалкиламино-5,5,6,6-тетрацианопиперидин-2-оны 43. Гидразоны 42 получены при действии на гидразины 38 перманганата калия в серно- или уксуснокислой среде. Пиперидоны 43 синтезированы нами путем действия гипогалогенидов на гидразины 38.

ЫС N0

И^М И2

N0 м ' \

СМ

38

N0 N0

МС'

СИ

X-

Л °ч

я* I н и2 .

'25

и1

м-м, / \ -н2 и2

N0

СЫ СМ

см

42*

N0 N0

хон

N0

-нх

мс

N0

N0

43*

N1'

42 : Я, = Я2= СН3 (а); И, = СН3) Я2 = С2Н5 (б)*; Я, = С6Н5, И2 = СН3 (в);

43 :Я,= Я2=СН3(аГ;К1= СН3, Я2= С2Н5 (б); Я, = С3Н7, Я2=СНз(в); X = С1, Вг.

Полагаем, что превращение 42—>43 начинается с электрофильной атаки -через стадшо присоединения катиона Х+ к связи С=Ы гидразонного фрагмента. Вероятно, механизм дециклизации интермедиатов ¡25 до соединений ¡26 аналогичен процессам, идущим с разрывом связи С'-С2 у 1-(2,2-диалкилгидразино)- и 1-гидрокси-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанов (ДАН РФ, 1994, Т.334, №2, С. 187-189). Последующий процесс внутримолекулярной циклизации завершает реакцию - образуются пиперидоны 43. Превращение 38—+42—>43 с использованием Н25Ю4, НС1, НВг проводили в отсутствие каких-либо органических растворителей путем добавления раствора КМп04 к подкисленному водному раствору циклопентанов 38. Выходы полученных пиперидонов 43 40-79%. Соединения 42, 43 прекрасно кристаллизуются из 2-пропанола с образованием крупных, устойчивых при хранении кристаллов, не содержащих по данным масс-, ЯМР-спектроскопии и хроматографии каких-либо примесей.

2.2.1. Синтез 5-амино-1-(диметиламино)-4-метил-3,4-дигидро-1Я-П11рроло[3,4-Ь]ш1ридин-4а,7а(2/7,7//)-дикарбонитрилов Исследования биологической активности соединений 40-43 показали перспективность их дальнейших испытаний. Наивысшей активностью обладают тетрацианозамещенные 42, 43. Для изучения биологической активности их производных мы синтезировали бициклы 44, 45. Бицикл 44 образуется за 10-20 с при нагревании пиперидона 43а в уксусной кислоте в присутствии воды и катализатора. Реакция пиперидона 43а с метанолом в присутствии основания протекает при комнатной температуре за 1-3 мин и приводит к соединению 45.

сн,

Т см №г

I сы о м(снз)2 44

см сн,он

сн,

Т см мн2

лк

N

сы м(сн3)2

45*

осн3 осн3

После добавления к суспензии пиперидона 43а в метаноле каталитических количеств основания (пиперидин, диэтиламин и др.) происходит его растворение, затем через 1-3 мин выделяется более мелкий кристаллический осадок соединения 45. Такое протекание реакции с образованием осадка другой кристаллической структуры может служить качественным методом определения пиперидона 43а и его аналогов. По данным РСА у пиперидона 43а более предпочтительной для присоединения нуклеофилов является цианогруппа, расположенная в положении 6 пиперидонового цикла. Соединения 44 и 45 образуются с выходами 90-95%. Для бицикла 45 Е=68,45 ккал/моль. Присоединение метанола по цианогруппе в положение 5 привело бы к гипотетическому изомеру, у которого рассчитанная Е=71,61 ккал/моль. Аналогично и для соединения 44 - энергия гипотетического и реального продуктов реакции равны соответственно 67,28 и 62,22 ккал/моль.

2.3. Превращения 3,4-К1,Н2-5-оксо-1,1,2,2-циклогексан-тетракарбонитрилов В ряду известных замещенных тетрацианоциклогексанов синтезированные нами 3,4- -оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилы являются

первыми представителями циклогексанонов с четырьмя нитрильными группами. Уникальное сочетание в гексановом цикле одной карбонильной и четырех цианогрупп необычным образом сказывается на их реакционной способности. Циклогексаноны 2 легко гидратируются до диолов 11, гидро-лизуются до амидов 12 и циклизуются в азабициклы 13. Аналогичные процессы формирования азабицикло[3.2.1]октановой структуры происходят при взаимодействии циклогексанонов 2 с аммиаком. Полагаем, что реакция начинается с присоединения аммиака к карбонильной группе циклогексанонов 2 и образования интермедиата ¡27. Последующие процессы циклизации ¡27 до 128, дециклизации ¡28 до ¡29 и циклизация последнего приводят к аминопирролидинонам 46 с выходами 92-95% Несколько иначе протекает взаимодействие циклогексанонов 2 с гидразинами: с выходами 69-81% образуются аминопирролиноны 47. Вероятно, превращение циклогексанонов 2 в интермедиат 130 аналогично процессам протекающим при взаимодействии их с аммиаком до стадии образования интермедиата ¡29.

Я1 = РЬ, Я2 = С3Н7, Я3 = Н(а); Я1 = РЬ, Я2 = Н, Я3 = СН3 (б)*; Я1 = 4-МеОС6Н4, Я2 = С3Н7, Я3 = Н (в); Я1 = РЬ, Я2 = Я3 = СН3 (г);

Формирование пирролинонового цикла у интермедиата ¡з0 более предпочтительно, чем для интермедиата ¡29- Расчеты межатомных расстояний между азотом ССУМНг и углеродом С=К фрагмента для интермедиатов ¡29(а) и ¡30(а) дают значения соответственно: 2,96 и 4,7А.

Схема 24.

47*

Я1 = РЬ, Я2 = С3Н7, я3 = Н, Я4 = СОШ2(а); Я1 = Я4 = РЬ, Я2 = Н, Я3 = СН3(б); Я'= 4-МеОС6Н4, Я2 = С3Н7, Я3 = Н, Я4 = Н (в); Я1 = Я4 = РЬ, Я2 = С3Н7, Я3= Н, (г); Я1 = 4-МеОС6Н.ь Я2 = С3Н7, Я3 = Н, Я4 = СОШ2 (д); Я1 = РЬ, Я2 = Я4 = Н, Я3 = СН3 (е); Я'= 4-МеОС6Н4, Я2 = Н, Я3 = ¡-С3Н7) Я4 = С01ЧН2(ж)*;

Расстояния между азотом CONH2 и цианогруппой для i29(a) и i30(a) равны соответственно: 4,15 и 2,82Ä. Очевидно, что наиболее вероятные взаимодействия между этими фрагментами осуществляется при наименьших значениях межатомных расстояний. Взаимодействие групп CONH2 и C=NH в интермедиате i29 приводит к бициклам 46. В интермедиате i30 группы CONH2 и CN, в сравнении с CONH2 и C=N-NHR, более сближены и поэтому реализуется другой путь реакции - образуются соединения 47. Мы обнаружили, что циклогексаноны 2, с выходами 80-98% превращаются в бициклы 13 под действием воды не только в присутствии HCl, но и H2S04, которая катализирует этот процесс. Однако в этом случае необходимо нагревание реакционной смеси до 30-50°С в течение 10 мин. Более глубокие превращения протекают в том случае, если циклогексаноны 2 нагревать в ди-оксане с 30% раствором H2S04. При этом идет децианирование тетрациано-циклогексанонов 2 до трицианоциклогексанонов 48, причем только одной CN-группы в положении 1 цикла, что, вероятно, обусловлено внутримолекулярным взаимодействием ее с гидратированной карбонильной группой. Процесс гидролиза одной цианогруппы у циклогексанонов 2 до амидов 12 уже известен и описан нами в разделе 1.1.2. поэтому мы считаем, что следующие стадии, протекающие при нагревании циклогексанонов 2 с 30% H2S04 - это гидролиз амидов 12 до трицианокарбоксциклогексанонов i3i и декарбоксилирование их в трицианоциклогексаноны 48.

Схема 25.

зо% н2бо4

ЛЯ - 1

48 31

Я1 = С6Н5, Я2 = С3Н7 (а); Я1 = 4-СН3ОС6Н4, Я2 = С3Н7 (б).

Способность трицианоциклогексанонов 48 к дальнейшим процессам гидролиза СИ - групп и последующих различных внутримолекулярных взаимодействий в рамках открытых нами процессов 2—»13 отсутствует. Расчеты

показывают, что это маловероятно, поскольку расстояние HO•••CN для гид-ратированной формы циклогексанона 48а равно 4,62А. Выходы соединений 48 71-81%. Необычное свойство циклогексанонов 2, содержащих ме-токсифенильный заместитель, обнаружено нами при их нитровании. При действии на циклогексаноны 2 нитрующей смеси с выходами 85-95% образуются 4-метокси-З-нитрофенилазабициклы 49.

Схема 26.

Я1 = Я2 = СНз (а); Я1 = С3Н7, Я2 = Н (б); Я1 = Н, Я2 = 1-С3Н7 (в).

Нитрование происходит легко и быстро (30-40°С, 1мин). По-видимому, при нитровании циклогексанонов 2 на первой стадии происходит нитрование фенильного кольца в орто положение по отношению к ориентанту первого рода - метоксигруппе. На второй стадии при разбавлении реакционной смеси водой, гидролизуется одна цианогруппа и образуются азабициклы 49. Соединения 49 оказались устойчивыми к действшо сильных кислот (серной и азотной) и даже при высоких температурах не происходит гидролиз других трех цианогрупп. Таким образом, сопоставляя процессы гидролиза и гетероциклизации циклогексанонов 2 в азабициклы 13 (сх. 6 и 25) протекающие за 5-10 мин с гораздо более быстрыми превращениями (1 мин) 2—>49 (сх. 26), можно сделать вывод о том, что в последнем случае происходит их активация за счет нитрования 4-метоксифенильного фрагмента.

3. Биологическая активность синтезированных соединений

В настоящее время в поиске и создании новых лекарств химические соединения тестируются лишь на небольшое число требуемых видов биологической активности, поскольку практически нереально исследовать экспериментально на все виды биологической активности ни одно химическое соединение. Реальную возможность наиболее эффективного исследования биологической активности веществ может обеспечить развитие новых тех-

нологий компьютерного прогнозирования с последующим тестированием изучаемых веществ в соответствии с результатами прогноза. Программа PASS (Prediction of Activity Spectra Substances - прогноз спектров биологической активности органических соединений) основана на анализе взаимосвязей "структура-активность" с использованием обучающей выборки, содержащей большое количество разнородных химических соединений с различными видами биологической активности. Главное назначение системы PASS состоит в прогнозе спектров активности новых, еще не изученных веществ. Результат прогноза представляется в виде упорядоченного списка названий соответствующих активностей и вероятности Ра "быть активным" ("to be active") и Pj "быть неактивным" ("to be inactive"). В него включаются активности, для которых Ра > Р;, Ра > 0,3. Использование системы PASS учеными из Национального института рака США позволило повысить вероятность успеха первичных испытаний в 17 раз. Прогноз спектров биологической активности синтезированных нами соединений показал, что все они должны проявить противоопухолевую активность. Среди спектров предсказанных биологических эффектов наиболее часто, с вероятностью до 91%, программа PASS выдает термин "антинеопластик", то есть, из расчетов по этой программе можно сделать вывод о том, что наиболее перспективным направлением изучения возможных воздействий синтезированных нами цианосодержащих карбо- и гетероциклов на биологические объекты является исследование их противоопухолевой активности. Испытания биологической активности синтезированных соединений выполнены в NCI (США) и в Чувашском государственном университете.

3.1. Противоопухолевая активность Проблема создания новых, более эффективных и менее токсичных препаратов для лечения онкологических процессов остается актуальной. Онкозаболевания поражают все слои населения, нанося" огромный ущерб обществу. Ежегодно в промышленно развитых странах количество смертельных исходов от злокачественных новообразований достигает 23-29% от всех случаев гибели людей, вызванной болезнями. Один из основных недостатков многих противоопухолевых препаратов состоит в их высокой токсичности. Например, у сарколизина, применяемого при лечении рака яичников ЛД5о=23мг/кг, а колхицин проявляет притивомитотические свойства при злокачественных заболеваниях кожи и кишечника и имеет летальную дозу для человека 1мг/кг (Георге Могош, 1984). В настоящее время в поисках новых противораковых препаратов особое внимание стали уделять исследованию циансодержащих соединений. Цианогруппа, в ряде случаев может способствовать проявлению противоопухолевой активности. Выделенные из семян и косточек некоторых растений семейства розоцветных, подсемейства сливовых, цианогенные глюкозиды — линамарин, лотаустра-лин, гетеродентрин, дуррин, амигдалин, тетрафилин А (Племенков В.В., 2001) используются в экспериментальной онкологии. Вероятно, их дейст-

вие основано на том, что опухолевые клетки обладают способностью расщеплять цианогенные гтокозиды значительно активнее, чем здоровые, превращаясь при этом в своеобразные концентраторы синильной кислоты. Избирательно концентрируясь в опухолевых клетках, синильная кислота замедляет рост и даже приводит к гибели, практически не повреждая здоровые клетки. В медицинской практике (Машковский М.Д., 2007) в химиотерапии онкологических заболеваний используются цианосодержащие препараты анастразол, летрозол (рак молочной железы), бикалутамид (рак предстательной железы), тойокамицин (лейкемия). Перспективность синтеза новых цианосодержащих соединений и исследования их противоопухолевой активности показана, например, в работе Моргана и соавт. (J. Med. Chem., 1991). На основе винилпорфиринов ими были синтезированы ад-дукты Дильса-Альдера с диметилацетилендикарбоксилатом и с ТЦЭ. Последние оказались намного более эффективными в фотодинамической терапии опухолей мочевого пузыря крыс, инициированных N-[4-(5-HHTpo-2-фурил)-2-тиазолил]формамидом. Тетрацианоэтиленовый аддукт, введенный в дозе 1 мг/кг после облучения опухолей в течение 30 мин светом длиной волны 590 нм вызвал их полное уничтожение. Сами порфирины и его другие не цианосодержащие аддукты Дильса-Альдера вызывали в лучшем случае 50% поражение опухолей.

При испытании в NCI синтезированных нами соединений на противоопухолевую активность использовалась модель in vitro позволяющая стандартизировать условия эксперимента для повторяющихся серий. Исследования проведены на 60 клеточных линиях, полученных из твердых опухолей легких, прямой кишки, мозга, яичников, почек, предстательной железы, молочной железы, а также лейкемии и меланомы человека. Определяли процент роста (ПР) опухолевых клеток и критерии GI50, TGI, LC50 (GI50 -концентрации исследуемых веществ, при которых подавление развития опухолевых клеток составляет 50%; TGI - концентрации полностью подавляющие рост опухолевых клеток; LC50 - концентрации, вызывающие гибель 50% опухолевых клеток). Опухолевые клетки выдерживали на пластинках с микрочашечками в присутствии исследуемых веществ и без них. Антиопухолевая активность выявлялась по подавлению роста (гибели) опухолевых клеток, определяемой спектрофотометрически. В качестве реагента для определения конечной точки клеточного роста в исследованиях использовали розовый анионный краситель сульфородамин В (SRB), который присоединяется только к живым клеткам. После промывки присоединившийся краситель определяли спектрофотометрически. Анализ основан на цитотоксическом действии исследуемых веществ на опухолевые клетки. Число живых клеток в культуре определяли по интенсивности флуоресценции сульфородамина В в промывной жидкости. Чем выше интенсивность флуоресценции, тем меньше живых клеток, захвативших краситель из раствора. Результаты скрининга показали, что все исследованные

полицианосодержащие карбо- и гетероциклы 2, 4, 6, 8,12,13,15,17,20-22, 24, 26, 29, 30, 31, 33, 34, 36, 37, 40-49 проявляют противоопухолевую активность. Для соединений 2, 4, 6,8,15,17,24,37, 42,43 она более высокая: на уровне известных препаратов и выше. Значения LC50 этих соединений в основном расположены в интервале 1,010"4М 6,010"бМ. Их активность связана с наличием в структурах 1,1,2,2-тетрацианоэтильного фрагмента и почти не зависит от других заместителей R1, R2, R3 - Alk или Ar. Основной структурный фактор ответственный за сравнительно более высокую противоопухолевую активность соединений 2, 4, 6, 8,15,17, 24, 37, 42, 43 среди цианосодержащих карбо- и гетероциклов - это 1,1,2,2-тетрацианоэтильный фрагмент. Наиболее чувствительны к этим веществам опухолевые клетки рака предстательной железы (Prostate Cancer - PC), рака почек (Renal Cancer - RC), рака кишечника (Colon Cancer - CC), рака яичников (Ovarian Cancer - ОС). В таблице 5 приведены данные о наиболее активных соединениях 2, 15, 17, 24, 42, 43 и некоторых их производных 36, 40, 45, 48. В рядах полицианозамещенных карбо- и гетероциклов противоопухолевая активность в наибольшей степени зависит от нитрильных групп и более всего от их расположения, наибольший эффект которых проявляется, когда четыре нитрильные группы сосредоточены в положениях 1,1,2,2. У тетрацианозамещенных карбо- и гетероциклов 2,15, 17, 24, 42, 43 противоопухолевая активность, определенная на опухолевых клетках рака почек, рака предстательной железы, рака кишечника, рака яичников по сравнению с известными препаратами, такими как фторурацил, бу-сульфан, тиогуанин, меркаптопурин, пироксантрон, зорубицин и др., как правило, выше в несколько раз (табл. 5). По действию на опухолевые клетки рака почек клеточной линии CAKI-1 пиперидин-2-он 43а (LCS0 = 0,854-10"sM) и гидразон 42а (LC50 = 0,607-10"5М) активнее фторурацила соответственно в 11 и 16 раз. Полученные из тетрацианозамещенных карбо-и гетероциклов 2, 15, 43 соединения 36, 45, 48 1,1,2,2-тетрацианоэтильный фрагмент не имеют и как следствие этого их противоопухолевые свойства незначительны. Все критерии LC50 и даже GI50, TGI 60 клеточных линий опухолей легких, кишечника, мозга, яичников, почек, предстательной железы, молочной железы, лейкемии, меланомы соединений 36, 45, 48 больше 1010"5М. Средние значения ПР опухолевых клеток рака почек и предстательной железы при концентрации исследуемых веществ 2, 13, 15, 17, 24, 26, 29, 30, 31, 40, 41, 42, 43 ЬО-Ю^М приведены на рис. 5,6. Величина ПР = -50 означает LC50 = 1,0-10"4М и соответствует, например, фторураци-лу, тиогуанину, меркаптопурину. Наивысшую противоопухолевую активность имеют соединения 42, 43, ПР для которых достигает -100, то есть опухолевые клетки полностью гибнут. Вероятно это можно объяснить тем, что фрагменты сформированные из Т^М-диалкилгидразина, так же как и 1,1,2,2-тетрацианоэтильный фрагмент придают соединениям противоопухолевые свойства.

Для синтеза соединений 42, 43 мы использовали ЭТК, а,р-непредельные альдегиды и диалкилгидразины, как известно, являющимися канцерогенами. Практика создания противоопухолевых препаратов, содержащих в CBoirx структурах алкилгидразинные фрагменты уже известна. Такие препараты как дакарбазин и прокарбазин используются при лечении меланом, лимфатических тканей, опухолей мозга, легких и различных других злокачественных новообразований. Наличие в этих препаратах гидразинных фрагментов способствует накоплению их в опухолевых клетках, их самоокислению и внутриклеточному образованию перикисных и гидропере-кисных радикалов, что по существу имитирует эффект ионизирующей радиации. В итоге, по противоопухолевой активности всех синтезированных нами карбо- и гетероциклов можно выделить три основных момента: 1) самую высокую активность со значениями LC50 доходящими до 10"6М имеют соединения содержащие в своих структурах фрагменты ЭТК и N,N-диалкилгидразина; 2) активность соединений почти не зависит от алкиль-ных и арильных заместителей; 3) тетрацианозамещенные карбо- и гетеро-циклы наиболее эффективны по отношению к опухолевым клеткам рака почек, предстательной железы, кишечника и яичников. Эффективное ингибирование роста опухолевых клеток и их гибель под действием 1,1,2,2-тетрацианозамещенных карбо- и гетероциклов основано, вероятно, на взаимодействии 1,1,2,2-тетрацианоэтильного фрагмента с нуклеофильными центрами клеточных мишеней, в первую очередь с ДНК. Это приводит к неправильному считыванию информации с ДНК и опухолевые клетки погибают из-за вмешательства в репликацию ДНК и митоза. Данная версия подтверждается тем, что 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-он 43а, обладающий высокими противоопухолевыми свойствами, легко присоединяет по цианогруппам нуклео-филы - воду или метанол с образованием 5-амино-1-(диметиламино)-4-метил-3,4-дигидро-1#-иирроло[3,4-Ь]гафидин-4а,7а(2#,7//)-дикарбонит-рилов 44, 45 не имеющих значительной противоопухолевой активности. Для этих соединений на всех клеточных линиях LC50 и TGI больше 1,ОТО*4М. Противоопухолевая активность соединений, содержащих менее четырех нитрильных групп (ди- и тризамещенные), в основном, значительно ниже чем у тетрацианозамещенных. Лишь по отношению к некоторым опухолевым культурам и не на всех клеточных линиях противоопухолевая активность трицианозамещенных карбо- и гетероциклов 29, 31, 40, 41 близка к известным препаратам: диоксабициклы 29 (рак почек, рак предстательной железы, ЬС50 = 1,0-10"4 3,77Т0"5М), азапентален 31 (рак почек, рак предстательной железы, рак молочной железы LC50 = 1,0Т0~4 5,1 ТО'5 М), циклопентены 40 (рак почек, рак предстательной железы, LC50 = 1,0-10'4-^ 2,68-10"5М), пирролидины 41 (рак почек, рак предстательной

Табл.5. Данные по противоопухолевой активности, острой токсичности 1,1,2,2-тетрацианозамещенных карбо- и гетероциклов 2,15, 17, 24, 42, 43 и их производных 36, 40, 45,48. _

№ соединений Структурная формула ЬС50, минимальная концентрация (10"5М) Токсичность ЛД50 (мг/кг)

РС ЯС СС ОС

15а-и см о мс—\ и2 сы •5,77 5,31 4,50 6,56 850-950

ЫС СО N42

36а,б н^ЛЛГ >10 >10 >10 >10 750

«л2

17а-в N0-7 N0 СМ 7,11 6,68 5,61 7,88 1000-1100

"Ч-ч ?

42а-в N0 Л N0 CN 5,93 0,607 4,12 5,16 1500-1600

СНз

40а-в м/Л н N0 CN 7,27 2,68 4,01 9,4 350-400

ОН он /Ч-см

24 2,85 2,80 2,80 2,80 350

о

2а-к N0 СМ 10 9,05 10 8,13 500-550

о

48а,б N0 СМ >10 >10 >10 >10 750-780

43а-в к1 Л сы 1 см 5,73 0,854 1,73 6,08 1600-1700

СНз

45 1 CN ОСН3 ^ N ^ ИзС СНз >10 >10 >10 >10 1100

Фторурацил 10 10 10 10 230

Бусульфан 25,1 25,1 25,1 25,1 120

Рис. 5. Результаты, полученные после 48 ч воздействия исследуемых веществ при концентрации НО"4 М на опухолевые клетки рака почек (средние значения)

Рак почек

-100

2 13 15 17 24 26 29 30 31 40 41 42 43

Номера соединений

Рис. 6. Результаты, полученные после 48 ч воздействия исследуемых веществ при концентрации МО"4 М на опухолевые клетки рака предстательной железы (средние значения)

Рак предстательной железы

Номерасоединений

National Cancer Institute Developmental Therapeutics Program Dose Response Curves

Линии отклика действия 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-она 43а на опухолевые клетки, ПР = f (logioC)

Й 100 е

а

н и

s

о а

е

О -50

Рис. 7. Prostate Cancer (Рак предстательной железы)

"-100

4 ~

v\ A \\ \\

A \ 111!

9 -8 -7 -6 -5 -4

bag Ю of Sample Concentration (Molar) PC-3 „ Q DU-145

Рис. 8. Renal Cancer (Рак почек)

ci

g

К

о

о

■50

□..... \ i \ \ Va\\

ay\\ \y\\ \\w

y «л

\

,,„.............—1- j ..........1 1

Log ю of Sample CoBcentretioti (Molar)

Ш_я_

SN12C RXF393 .....a.....

achn __ caki-1___д„

TX-10 U0-31 ...4..

National Cancer Institute Developmental Therapeutics Program Dose Response Curves

Линии отклика действия 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-она 43а на опухолевые клетки, ПР = f (logioC)

È loo

та ö о о.

н 50

Я <u

а о а. С

Ï О w

о .

Рис. 9. Colon Cancer (Рак прямой кишки)

8-1001 £ -9

rrs tt' __v , ■ ♦—■"*

V \v.

\v vv-

1 ....._........i, ... ,. ,1... _____ _)„ ................i. ___________

-s -7 -6 -5

Log jo of Sample Concentration (Molar)

COLO 205 _ HT29 _„ HCT-15

HCC-2998 KM12

HCT-lli SW-620

Рис. 10. Ovarian Cancer (Рак яичников) т-

LogjQ of Sample Concentration (Molar)

iffitOVl _g_

OVCAR-S SKÛV-3 ..

OVCAR-3 __0VCAR4 ...д...

.............- 0VCAR-J .....о.....

железы, LC50 = 1,0-10"4 + 5,15-10"5М). Токсичность изучали на белых беспородных самцах крыс массой 250 г при внутрибрюшном введении. Сравнивали острую токсичность испытанных соединений с ЛД50 известных препаратов. Соединения вводили в виде взвеси 2% крахмальной слизи из расчета 0,1мл на 10 г. Показателем токсичности служила доза, вызывающая гибель 50% животных (ЛД50). Судя по ЛД50 испытанных соединений, они согласно классификации Сидорова К.К. относятся к классу малотоксичных или практически нетоксичных веществ. Токсичность синтезированных соединений зависит от их устойчивости. Наименее токсичны гидразоны 42 и пиперидин-2-оны 43 (ЛД50 = 1500 1700 мг/кг; табл. 5). Хранить их можно при комнатной температуре в течение нескольких лет (десять и более) без каких-либо признаков разложения (масс-, ЯМР-спектроскопия, хроматография). Самую высокую токсичность имеют соединения 24, 40 (ЛД50 = 350 + 400 мг/кг; табл. 5). После их получения, уже через 2-3 дня, при комнатной температуре они начинают разлагаться - происходит изменение цвета и температуры плавления.

Терапевтический индекс, то есть промежуток между возможными лечебными и летальными дозами наиболее высок у 1-(2,2-диалкилгидразоно)-4-К-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанов 42 и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-11-шшеридин-2-онов 43. Соединения 42, 43 имеют наименьшие значения ЬС50 и в тоже время их ЛД50 наиболее высоки (табл.5) и по классификации Сидорова К.К. относятся к практически нетоксичным. Противоопухолевый эффект гидразонов 42 и пиперидин-2-онов 43 при изменении концентрации от 10"6М до 10"4М имеет четкую динамику подавления развития и полной гибели опухолевых клеток рака предстательной железы (рис.7), рака почек (рис.8), рака прямой кишки (рис.9), рака яичников (рис.10). Эти соединения по условной широте фармакологического действия превосходят используемые в медицинской практике противоопухолевые препараты. Для углубленных фармакологических исследований рекомендуются 1-(2,2-диметилгидразоно)-4-метил-2,2,3,3-тетрацианоцик-лопентан и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-он. 3.2. Активность синтезированных соединений по отношению к ВИЧ-1 В 1964 г. в рамках поиска противораковых средств в США был синтезирован 1-(3'-азидо-2'-дезоксирибозил)тимидин (зидовудин). Однако, наиболее широкое применение он нашел для лечения от ВИЧ-1. В США его промышленное производство в 1997 г. составило 40 т (в России в 1997 г. -0,3 т). Кроме этого препарата при лечении от ВИЧ-1 используют много других аналогичных антиметаболитов (идоксуридин, пенцикловир, эпер-вудин, диданозин, ставудин и т.д.). Они также, как и ряд противоопухолевых препаратов (фторурацил, фторафур, цитарабин, меркаптопурин, тио-гуанин и др.), являются производными урацила.и пурина. Вероятно, еще и поэтому в NCI (США), наряду с испытаниями новых синтезированных веществ на рак, проводятся широкие исследования на ВИЧ-1. Параллельно с

Табл. 6. Данные по активности на ВИЧ-1 соединений 41, 44, 45

№ соед. Структура Концентрация (моль) Процент защиты Острая токсичность ЛД50 (мг/кг)

41а CN Г\ .СНз X NC CN 6,35-Ю"8 -3,54 1500

2,00-10"' . 1,24

2,00-10"' 1,32

6,32-10"5 13,76

2,00-10'4 50,06

416 CN JC N 'СНз II СН3 NC CN 6,35-Ю"8 -3,61 1300

6,34-10"7 2,80

2,00-10"3 1,41

6,32-10"5 12,82

2,00-10"4 49,57

41в /CN сн C3H7^yn-N'CH3 II СН3 NC CN 6,35-Ю"8 -2,33 1400

2,00-10'7 1,19

2,00-Ю"5 1,33

6,32-10"3 13,85

2,00-10"4 49,34

44 СН3 <ПГй<Ь Н3С СН3 6,35-10"8 -1,57 1300

2,00-10"7 3,03

2,00-10"3 13,20

6,32-Ю"5 21,11

2,00-10"4 50,08

45 СН3 О Ni^T^J 1 CN ОСН3 H3C CH3 6,35-Ю'8 -2,62 1100

2,00-10'7 3,66

2,00-1 О*5 14,56

6,32-10'5 22,42

2,00-10"4 52,15

Зидовудин 2,00-Ю"4 90 750

испытаниями противоопухолевой активности синтезированные нами соединения были подвергнуты в NCI скринингу на ВИЧ-1. Лимфоциты Т-4 (клеточная линия СЕМ) смешивали с ВИЧ-1 в соотношениях 1:20. Раствор испытуемых веществ в ДМСО добавляли к равному объему среды, содержащей зараженные или незараженные клетки. Культуры инкубировали 6 или 7 дней при 37°С в атмосфере, содержащей 5% диоксида углерода. Затем добавляли индикатор. Количество лимфоцитов определяли спектрофо-тометрически и, кроме того, живые клетки рассматривали и считали под

Рис. 11. Результаты скрининга на ВИЧ-1 1-диметиламино-2-дицианометилен-3-метил-5-цианопирролвдина41а

120 100

♦—

ь——Ф--

-7 -« -5 -4

Log до of Sample Concentration (Molar)

о

100%.50% Reference lines Viral Cytopaihic Effect

Infected Treated Culture

Инфецированные обраб. культуры

Uninfected Treated Culture

Неинфецированные обраб культуры

Рис. 12. Результаты скрининга на ВИЧ-1 5-амино-1-(диметиламино)-7,7-диметокси-4-метил-2-оксо-3,4-дигидро-1 Н -пирроло[3,4-Ь]пиридин-4а,7а(2Н,7Н)дикарбонитрила 45

а »

о. f

а. О

O g.

Log ] q of Sample Concentration (Molar) I

100%,50% Reference lines Viral Cytopathic Effect Infected Treated Culture Uninfected Treated Culture

Инфецкрованггые обраб. культуры

Неинфецированные обраб культуры

микроскопом. Установлено, что почти у всех соединений цитопатический эффект на ВИЧ-1 отсутствует. Подавление вирусной репродукции обнаружено для 1-диметиламино-2-дицианометилен-5-цианопирролидинов 41 и 5-амино-1 -(диметиламино)-4-метил-3,4-дигидро-1 Н-пирроло[3,4-Ь]пири-дин-4а,7а(2Н,7Н)дикарбонитрилов 44, 45. Процент защиты у них при концентрации 2,0-10"4М ~ 50% (табл.б; рис. 11,12). Пирролидины 41 и дигид-ропирролопиперидины 44, 45 по сравнению с зидовудином в 1,5 -н 2 раза менее токсичны. Это новые классы анти-ВИЧ активных соединений. От других синтезированных на основе ТЦЭ карбо- и гетероциклов 2, 4, 6, 8, 13, 15,17, 21, 24, 26, 29, 30, 31, 34, 35, 36, 40, 42, 43, 46, 47, 48, неактивных на ВИЧ-1, их отличает наличие двух или трех нитрильных групп и N,N-диметилгидразинного фрагмента. Приведенные данные указывают на целесообразность дальнейших исследований по поиску новых анти-ВИЧ активных средств среди ди- и трицианозамещенных азотсодержащих гетероциклов, в структуре которых есть фрагмент Ы^-диметилгидразина.

3.3. Антимикробная активность Известно, что некоторые противоопухолевые и противомикробные препараты являются структурными аналогами, например тетрациклины. Следовательно, существует определенная вероятность обнаружения среди анти-неопластиков соединений с антимикробной активностью. Об антимикробных свойствах цианосодержащих соединений известно на примерах циа-ногенных глюкозидов (Phytochemistry, 1998). Кроме того, следует учитывать, что многие лекарственные вещества, в том числе противоопухолевые и противомикробные, дают побочные эффекты и их широкое применение ведет к распространению устойчивых форм микроорганизмов. Вероятность появления таких форм можно уменьшить проведением химиотерапии с использованием новых препаратов. Фармакологическому скринингу на наличие антимикробной активности были подвергнуты представители всех классов синтезированных соединений. Исследования проводили методом двукратных серийных разведений в мясо-пептонном бульоне на эталонных штаммах золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), стрептококка (Streptococcus) дифтероидов (Df), синегнойной палочки (Ps. aeruginosa). Результаты опытов учитывали после 18-20 ч выдержки контрольных и опытных образцов в термостате при 36-37°С. Регистрировали наличие или отсутствие роста бактериальных культур за счет бактериостатиче-ского действия соединения. За действующую дозу принимали минимальную ингибирующую концентрацию соединения (МИК, мкг/мл), которая задерживает рост бактериальных культур. В качестве эталона сравнения использовали этакридина лактат, фурацилин. Исследования показали (табл.7), что наивысшую антимикробную активность (МИК 155-310 мкг/мл) имеют карбо- и гетероциклы содержащие четыре цианогруппы -циклогексаноны 4, 6, 8 (st. aureus, strept.), циклопропаны 15 (st. aureus), циклобутаны 17, 37 (st. aureus, Df), бицикло[3.2.1]октан-1,8,8-триол 24

Табл. 7. Противомикробная активность и острая токсичность __синтезированных соединений_____

Соеди- Минимальная ингибирующая концентрация, МИК, мкг/ мл Токсичность,

нение Staphylo- Strepto- Psend. Дифте- ЛД50*,

coccus aureus coccus aeruginosa роиды мг/ кг

2а 625 625 625 625 500

2к 625 625 625 625 500

4в 310 625 625 625 500

6 310 310 625 1250 800

8а 310 625 625 625 700

13а 1250 2500 2500 2500 750

13к 1250 1250 625 625 700

15а 310 625 625 625 950

15ж 310 625 625 625 850

176 310 625 625 310 1100

21 625 625 2500 1250 550

24 310 625 625 310 350

26 1250 1250 2500 625 450

29г 625 2500 625 1250 550

29н 625 2500 625 1250 500

31 1250 1250 2500 625 600

346 625 625 1250 625 550

35а 2500 2500 2500 2500 600

36а 625 625 625 1250 400

37 310 625 625 310 600

40а 625 625 625 - 625 350

41а 1250 625 625 1250 1500

42а 310 625 625 1250 1600

426 155 310 310 625 1500

43а 310 625 1250 1250 1700

436 155 310 625 625 1650

43в 155 155 310 310 1600

45 2500 2500 2500 2500 1100

46а 1250 1250 625 625 550

47а 1250 625 625 625 450

48а 1250 625 625 625 750

Этакр. лактат 2000 - - - -

Фура-цилин 310 310 155 155 600

* Для белых беспородных крыс-самцов, массой 250 г

(st. aureus, Df), циклопентаны 42 (st. aureus, strept., psend. aeru.), пиперидин-2-оны 43 (st. aureus, strept., psend. aeru., Df.). С увеличением углеродной цепи алкильных заместителей R1, R2 в рядах соединений 42, 43 их антимикробная активность увеличивается. В целом антимикробная активность тетрацианозамещенных карбо- и гетероциклов близка к активности этак-ридина лактата и фурацилина, но соединения 4, 6, 8, 17, 24, 42, 43 менее токсичны (табл.7). Соединения, содержащие в своем составе меньшее число нитрильных групп антимикробный эффект проявляют слабее, их МИК от 625 до 2500 мкг/мл (табл.7). Установленная закономерность зависимости антимикробной активности цианосодержащих карбо- и гетероциклов от их строения может быть использована в дальнейшем поиске новых антимикробных веществ, прежде всего в направлении синтеза неизвестных ранее 1,1,2,2-тетрацианозамещенных циклических соединений.

Выводы

1. В ряду органических нитрилов выявлены соединения, обладающие наиболее высокой химической и биологической активностью - это ТЦУ.

2. Наличие четырех нитрильных групп у 5-оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилов придает им способность легко присоединять по карбонильной группе воду и образовывать устойчивые при хранении диолы, у которых в кислой среде, при комнатной температуре, протекает необычно легкий внутримолекулярный гидролиз одной аксиальной цианогруппы до 1,2,2-трициано-5-оксо-1-циклогексанкарбокс-амидов и гетероциклизация последних за счет C0NH2-C=0 взаимодействия в 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицкло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонит-рилы.

3. Заместители а-С1, [i-Br, а также карбонильная группа в а- или 5-положении у апканонов ориентируют реакции циклоприсоединения их к ТЦЭ с образованием соответственно трех-, четырех-, пяти- и шести-членных тетрацианозамещенных алициклов.

4. Найдено, что наиболее подходящими реагентами для модификации ке-тонов в том числе природных и биологически активных, через ОАТ в карбо- и гетероциклы являются альдегиды. Реакции ОАТ с альдегидами позволяют быстро, в мягких условиях и с высокими выходами получить цианосодержащие производные пиранов, циклопентенов и 1-азапенталенов.

5. Необычно легкая дециклизация 1-(2,2-диалкилгидразино)-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанов по связи С'-С2, фиксируемая методом ЯМР'Н даже при -60°С, обусловлена близким расположением сильных электро-ноакцепторного и электронодонорного фрагментов - соответственно тетрацианоэтильного и Н,№диалкилгидразинного. На основе этого эффекта разработаны новые подходы к труднодоступным биологически активным полицианосодержащим НЫ-диалкилгидразино- и NjN-диал-

киламинозамещенным циклопентенам, пирролидинам, диклопентанам и пиперидин-2-онам.

6. Наличие у карбо- и гетероциклов 1,1,2,2-тетрацианоэтильного фрагмента обуславливает их значительные антимикробные свойства и более высокую, чем у известных препаратов противоопухолевую активность по отношению к опухолевым клеткам рака предстательной железы, рака почек, рака кишечника, рака яичников.

7. Установлены основные фрагменты молекул, определяющие вид фармакологического действия, которые можно отнести к фармакофорным. Носителем противоопухолевой и антимикробной активности в карбо- и ге-тероциклах является 1,1,2,2-тетрацианоэтильный фрагмент, эффект которого усиливается структурной составляющей К[,М-диалкилгидразина. Носитель анти-ВИЧ активности в цианозамещенных азотсодержащих гетероциклах - фрагмент N.N-диметилгидразина.

8. Для углубленных фармакологических исследований предлагаются 1-(2,2-диметилгидразоно)-4-метил-2,2,3,3-тетрацианоциклопентан и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-он, проявляющие широкий спектр противоопухолевого действия, более активные и менее токсичные, чем известные препараты.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, включенных в список ВАК

1. Тафеенко В.А., Богдан Т.В., Асланов JI.A., Шевердов В.П.. Насакин O.E., Медведев C.B. Направленная атака нуклеофила в реакциях мета-нолиза полинитрилов содержащих 1,1,2,2-тетра- и 1,1,2-трициано-этановый фрагмент. Журн. общ. химии. 1993. Т63. Вып.7. С.1607-1621.

2. Каюков Я.С., Лукин П.М., Насакин O.E., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Шевердов В.П. Уточнение структуры продуктов взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с альдегидами. Химия гетероцикл. соед. 1997. №4. С. 497-499.

3. Насакин O.E., Лукин П.М., Шевердов В.П.. Лыщиков А.Н., Павлов В.В. Исследование анти-спидовой активности среди производных полинитрилов. Хим.-фарм. журнал. 1998. Т. 32. №5. С. 21-23.

4. Насакин O.E., Шевердов В.П.. Моисеева И.В., Ершов О.В., Чернушкин А.Н., Тафеенко В.А. Реакционная способность р,р,у,у-тетрациано-, ß,ß-дицианоалканонов и 5-амино-4-дициано-2,3-дигидрофуранов. Журн. общ. химии. 1999. Т. 69. Вып. 2. С. 302-311.

5. Ершов О.В., Шевердов В.П.. Насакин O.E., Селюнина Е.В., Тихонова И.Г., Григорьев Д.В., Тафеенко В.А. Взаимодействие тетрацианоэтиле-на с а,р-непредельными кетонами. Журн. орг. химии. 2000. Т. 36. Вып. 4. С. 617-618.

6. Шевердов В.П., Ершов О.В., Насакин O.E., Селюнина Е.В., Тихонова И.Г., Чернушкин А.Н., Хрусталев В.Н. Новый метод синтеза 1-

замещенных 2,2,3,3-тетрацианоциклопропанов. Журн. общ. химии. 2000. Т.70. Вып.8. С.1334-1336.

7. Насакин O.E., Лыщиков А.Н., Каюков Я.С., Шевердов В.П. Противоопухолевая активность производных полинитрилов. Хим.-фарм. журнал. 2000. Т. 34. № 4. С. 11-23.

8. Шевердов В.П.. Ершов О.В., Насакин O.E., Чернушкин А.Н., Тафеенко В. А., Булкин В. В. Взаимодействие тетрацианоэтилена с 1,2-циклогександионом и бис(циклогексанон-2-ил)метаном. Журн. орг. химии. 2001. Т.37. Вып.2. С.304-305

9. Шевердов В.П.. Ершов О.В., Николаенко A.C., Чернушкин А.Н., Насакин O.E., Тафеенко В.А. Синтез диэтил-5-гидрокси-2-оксо-7-фенил-3,4-дициано-4а,7-дигидро-1Н-хинолин-6,8-дикарбоксилата и его реакция с пиперидином. Журн. орг. химии. 2001. Т.37. Вып. 9. С. 1421-1422.

Ю.Шевердов В.П.. Ершов О.В., Насакин O.E., Чернушкин А.Н., Булкин В.В., Тафеенко В.А. Получение замещенных циклопентенов при взаимодействии акролеина с Р,Р,у,у-тстрацианоалканонами. Журн. орг. химии. 2001. Т.37. Вып.5. С.778-779.

П.Ершов О.В., Шевердов В.П.. Насакин O.E., Тафеенко В.А. Синтез 1-амино-3-оксо-2-азабищ1кло[3.2.1]октан-4,5,5-трикарбонитрилов. Журн. орг. химии. 2001. Т. 37. Вып. 11. С. 1732-1733.

12.Ершов О.В., Шевердов В.П.. Насакин O.E., Тафеенко В.А. Реакционная способность 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикар-бонитрилов по отношению к основаниям. Журн. орг. химии. 2001. Т. 37. Вып. 10. С. 1578-1579.

13.Шевердов В.П,. Ершов О.В., Насакин O.E., Тафеенко В.А. Децианиро-вание 5-алкил-6-арил-4-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетракарбо нитрилов. Журн. орг. химии. 2001. Т. 37. Вып. 7. С. 1111-1112.

14.Шевердов В.П., Ершов О.В., Насакин O.E., Чернушкин А.Н., Тафеенко В.А. Нитрование 6-(4-метоксифенил)-4-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетра-карбонитрилов и 5-гидрокси-3-(4-метоксифенил)-7-оксо-6-азабицик-ло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрилов. Журн. общ. химии. 2001. Т.71. Вып.9. С.1575-1576.

15.Шевердов В.П., Ершов О.В., Насакин O.E., Лыщиков А.Н., Ефимов Р.Н., Булкин В.В., Тафеенко В.А. Синтез 3-ацетонил-1,1,2,2-тетра-цианоциклобутанов. Журн. общ. химии. 2002. Т.72. Вып.6. С. 1051-1052.

16.Шевердов В.П.. Ершов О.В., Насакин O.E., Чернушкин А.Н., Тафеенко В.А. Взаимодействие тетрацианоэтилена с 2-замещенными циклогекса-нонами. Журн. орг. химии. 2002. Т. 38. Вып. 7. С. 1043-1046.

17.Шевердов Р.П.. Ершов О.В., Насакин O.E., Чернушкин А.Н., Ефимов Р.Н., Тафеенко В.А.. Тетрацианоэтилирование циклододеканона и ди-гидроэпиандростерона до р,р,у,у-тетрацианоалканонов и их взаимодействие с акролеином. Журн. общ. химии. 2002. Т.72. Вып.5. С.877-878.

18-Шевердов В .П., Булкин В.В., Ершов О.В., Насакин О.Е., Тафеенко В.А.. Реакционная способность 3-(2,2-диметилгидразино)-1,1,2,2-тетрациано-циклопентанов по отношению к аминам. Журн. общ. химии. 2002. Т.72. Вып. 6. С. 972-974.

19.Шевердов В.П.. Булкин В.В., Насакин О.Е., Тафеенко В.А.. Окисление

3-(2,2-диалкшпт1дразино)-1,1,2,2-тетрациано-3-Я-циклопентанов. Журн. общ. химии. 2004. Т. 74. Вып. 1. С. 91-93.

20.Шевердов В .П.. Ершов О.В., Ефимов Р.Н., Насакин О.Е., Фирганг С.И, Тафеенко В.А. Взаимодействие 4-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетракарбо-нитрилов и 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбо-нитрилов с аминами. Журн. общ. химии. 2004. Т. 74. Вып. 5. С. 811-818.

21.Шевердов В.П.. Ершов О. В., Еремкин А.В., Насакин О.Е., Бардасов И.Н., Тафеенко В.А. Синтез 4-формил-З-циклопентен-1,1,2-трикарбо-нитрилов. Журн. орг. химии. 2005. Т. 41. Вьщ. 12. С. 1795-1801.

22.Nasakin O.E..Sheverdov V.P..Moiseeva I.V.,Lyshchikov A.N.,Nesterov V.N. Synthesis of 3-amidinio-2-aminopyridine-4-carboxylates. Tetrahedron Letters. 1997. Vol.38. №25. P.4455-4456.

23.Nasakin O.E..Sheverdov V.P..Moiseeva I.V.,Lyshchikov A.N.,Khrustalev V.N.,Antipin MJu. Single-stage synthesis of 3-amino-l,2-dicyano-4,6-diaza-bicyclo[3,2,l]-oct-2-en-7-ones from p,|3,y,Y-tetracyanoalkanones. Mendeleev Commun.. 1997. №3. P.112-113.

24.Sheverdov V.P.. Ershov O.V., Nasakin O.E., Selunina E.V., Tikhonova I.G., Khrustalev V.N. Reaction of (2,2,3,3-tetracyanocyclopropyl)ketones with ammonia. Mendeleev Commun. 2000. №l.P.25-26.

25.Sheverdov V.P.. Ershov O.V., Nasakin O.E., Chernushkin A.N., Tafeenko V.A., Firgang S.I. Reaction of a,P-unsaturated ketones with tetracyanoethy-lene. Tetrahedron. 2001. Vol.57. P.5815-5824.

Авторские свидетельства

1. A.C. № 1583410 СССР, МКИ3 С 07 С 255/00, 253/00. Способ получения

4-(N ',№-диметилгидразино)-1,5,5-трицианоциклопентенов/ Насакин О.Е., Лукин П.М., Шевердов В.П., Золотой А.Б., Булай А.Х., -1990. -Бюл. №29.

2. А.С. № 1699999 СССР, МКИ3 С 07 D 211/74. Способ получения 1-N-диалкиламино-4-Я-5,5,6,6-тетрацианопирид-2-онов/ Насакин О.Е., Лукин П.М., Шевердов В.П.. Тафеенко В.А., Булай А.Х., Медведев С.В., Шарбатян П.А. -1991. -Бюл. №47.

3. А.С. № 1705283 СССР, МКИ3 С 07 D 207/16. Способ получения 3-замещенных 1 -№диалкиламино-2,2-дицианометилен-5-цианопирро-лидинов/ Насакин О.Е., Шевердов В .П.. Лукин П.М., Тафеенко В.А., Булай А.Х., Медведев С.В., Шарбатян П.А. -1991. -Бюл. №2.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ТЦУ —1,1,2,2-тетрацианоуглероды

ТЦЭ - тетрацианоэтилен

ЭТК- 1,1,2,2-этантетракарбонитрил

ОАТ - 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы

ТЦЦА - 1,1,2,2-тетрацианоциклоалканы

РСА - рентгеноструктурный анализ

NCI - National Cancer Institute

PASS - Prediction of Activity Spectra Substances

Pa - to be active

Pi - to be inactive

ПР - процент роста

LC50 - концентрации исследуемых веществ, вызывающие гибель 50% опухолевых клеток

PC - рак предстательной железы RC - рак почек СС - рак кишечника ОС - рак яичников

МИК - минимальная ингибирующая концентрация

Шевердов Владимир Петрович

СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КАРБО-И ГЕТЕРОЦИКЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕТРАЦИАНОЭТИЛЕНА Специальность 15.00.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора фармацевтических наук

Подписано в печать23.09.08. Формат 60x84x16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 150 экз. Заказ № 755.

428015, Чебоксары, Московский просп., 15 Типография Чувашского университета

Актуальность темы. Одной из наиболее важных проблем, стоящих перед современной фармацевтической химией является поиск соединений, обладающих высокой биологической активностью и минимальной токсичностью. С этой точки зрения все более актуальным становится совершенствование органического синтеза. Органический синтез, оставаясь экспериментальной дисциплиной, становится все более точной наукой, поскольку позволяет предвидеть и реализовать конечный результат за десятки стадий до намеченной цели. Это стало возможным благодаря применению компьютерных программ для расчетов различных параметров молекул, разработке новых реагентов и открытию неизвестных ранее реакций в своей совокупности предоставляющих химику-синтетику большие возможности для направленного органического синтеза.

В последние десятилетия приоритетной целью органического синтеза являются новые пути синтеза необычных карбо- и гетероциклов. Они позволят химически трансформировать антибиотики, стероиды и другие низкомолекулярные биорегуляторы для нужд фармакологии, медицины, а в более широком плане решают фундаментальную проблему «структура — действие».

В обзорных работах 3. Раппопорта [1], А. Фатиади [2,3], Ю.А. Шаранина, В.П. Литвинова [4] и Н.С. Зефирова [5] посвященных полинитрилам показано, что одни из наиболее универсальных реагентов в синтезе карбо- и гетероциклических соединений - это 1,1,2,2-тетрацианоуглероды (ТЦУ). Четыре нитрильные группы, расположенные у двух атомов углерода в положении 1,1,2,2 придают некоторым ТЦУ аномально высокую реакционную способность по сравнению с аналогичными моно-, ди-, трициано- или соответствующими CF3 и NO2-производными [1]. Так, реакции тетрацианоэтилена (ТЦЭ) [1-175] и его производных: этан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (ЭТК) [176-202], 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрил ов (ОАТ) [7,203-226] и 1,1,2,2тетрацианоциклоалканов (ТЦЦА) [52,55,105,200,227-234] идущие с образованием циклических соединений протекают, как правило, быстро, в чрезвычайно мягких условиях и часто с количественными выходами. Полученные карбо- и гетероциклы содержат легко модифицируемые функциональные группы и представляют большой интерес для тонкого органического синтеза, химии пестицидов и производства лекарственных препаратов. В ТЦУ и их производных помимо возможностей преобразования каждой из CN- групп в имино-, амино-, карбоксамидо-, карбокси- группы могут на определенных этапах включаться внутримолекулярные циклизации по типу Торпа - Циглера или гидролиз за счет 1,3-диаксиального взаимодействия. В результате таких «скрытых» превращений в одной технологической стадии могут протекать до 10 и более разнообразных химических реакций. Это дает возможность самоорганизации указанных синтонов в сложные органические соединения в одной технологической стадии, что исключает проблемы промежуточного выделения полупродуктов, значительно сокращает стоки и газовые выбросы, т.е. делает процессы экологичными.

Гипотеза исследования. Среди органических карбонитрилов, полученных на основе ТЦЭ, наиболее высокую химическую, противоопухолевую и антимикробную активность имеют ТЦУ.

Цель работы. Совершенствование методических приемов препаративной органической химии для разработки новых путей синтеза эффективных и малотоксичных биологически активных соединений путем исследования свойств ТЦУ.

Задачи исследования.

1. Найти классы органических нитрилов, характеризующихся высокой химической и биологической активностью.

2. Изучить реакционную способность ТЦЭ по отношению к а,[3-непредельным кетонам.

3. Исследовать реакции ТЦЭ с а- и р-галогенкетонами, а также с некоторыми дикарбонильными соединениями.

4. Изучить реакционную способность ОАТ.

5. Исследовать химические свойства тетрацианозамещенных алициклов, показать и обосновать их высокий синтетический потенциал.

6. Определить наиболее вероятные пути протекания реакций и перспективные направления изучения биологической активности цианозамещенных карбо- и гетероциклов.

7. Провести фармакологический скрининг синтезированных соединений, проанализировать его результаты, установить зависимость между действием веществ и их строением.

8. Из синтезированных соединений выбрать наиболее перспективные для проведения доклинических исследований в качестве потенциальных лекарственных средств.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Важнейшие факторы, во многом определяющие химическую и биологическую активность органических нитрилов - число нитрильных групп и их пространственное расположение.

2. Процессы взаимодействия ТЦЭ с а,р-непредельными кетонами заключаются в их тетрацианоэтилировании, образовании 5-оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилов, последовательно превращающихся под действием воды и каталитических количеств соляной кислоты в 5,5-дигидрокси-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилы, 1,2,2-трициано-5-оксо-1-циклогексанкарбоксамиды и 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло [3.2.1 ]октан-1,2,2-трикарбонитрилы.

3. ТЦЦА могут быть синтезированы неизвестными ранее способами - реакциями циклоприсоединения а-хлор-, Р-бром-, а также а- и 8-оксозамещенных алканонов с ТЦЭ.

4. Взаимодействие OAT с альдегидами является перспективным направлением синтеза потенциально биологически активных карбо- и гетероциклов.

5. Высокая реакционная способность ТЦЦА обусловлена наличием в их циклах тетрацианоэтильного фрагмента и расположенных рядом нуклеофильных групп, способных с ним взаимодействовать.

6. Наиболее перспективное направление изучения биологической активности цианозамещенных карбо- и гетероциклов — это исследование их противоопухолевых свойств.

7. Результаты скрининговых исследований противоопухолевой, анти-ВИЧ, антимикробной активностей синтезированных соединений, зависящие более всего от карбонитрильных и ТЧ,ТЧ-диалкилгидразинных фрагментов.

8. Анализ фармакологических свойств синтезированных циклических карбонитрилов и выбор из них 1,1,2,2-тетрацианозамещенных как наиболее перспективных для дальнейших исследований и проведения доклинических испытаний.

Научная новизна. Разработано новое научное направление в получении биологически активных веществ исходя из ТЦЭ. ТЦЭ и синтезированные на его основе ОАТ и ТЦЦА являются уникальными и реакционноспособными синтонами, реакции которых на молекулярном уровне имеют сложный спектр превращений и в тоже время препаративны. Они осуществляются быстро, в одну стадию, с высокими выходами, приводя к высоко биологически активным ди-, три- и к наиболее перспективным тетрацианозамещенным карбо- и гетероциклам. Впервые изучены реакции ТЦЭ с а,Р-непредельными кетонами, с а5|3-галогензамещенными кетонами, с а и 8-дикетонами. Из ТЦЭ и а,|3-непредельных кетонов получены неизвестные ранее тетрацианоциклогексаноны. Для ТЦЭ найдены новые реагенты в синтезе тетрацианозамещенных циклопропанов и циклобутанов -а-хлор- и Р-бромкетоны. Открыты новые реакции ТЦЭ с дикетонами. С 1,2циклогександионом и бис(циклогексанон-2-ил)метаном ТЦЭ реагирует таким образом, что вначале происходит их тетрацианоэтилирование, а затем формирование соответственно пентанового и гексанового циклов. В результате исследования свойств 1-(2,2-диалкилгидразино)-2,2,3,3

I 2 тетрацианоциклопентанов обнаружен аномально легкий разрыв су-С -С -связи цикла. На этой основе разработаны новые препаративные методы синтеза циклопентенов, пирролидинов, пиперидин-2-онов. Осуществлен необычный каскад превращений 5-оксоциклогексан-1,1,2,2тетракарбонитрилов, обусловленный сочетанием в цикле четырех нитрильных и карбонильной групп. Найдена уникальная способность образовывать ими устойчивые гидраты - 5,5-дигидроксициклогексан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы. У последних стерическая ситуация способствует 1,3-диаксиальному HO***CN взаимодействию, приводящему к легкому гидролизу только одной цианогруппы. Образующиеся 1,2,2-трициано-5-оксо-1-циклогексанкарбоксамиды, в зависимости от условий, превращаются в 5-оксоциклогексан-1,2,2-трикарбонитрилы, либо циклизуются до 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрилов. Быстро и в сравнительно мягких условиях (30-40°С, 1 мин) проведено нитрование 6-(4-метоксифенил)-4-оксоциклогексан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов до 5-гидрокси-3-(3-нитро-4-метоксифенил)-7-оксо-6-азабицикло[3.2.1]октан-1,2,2-трикарбонитрилов. Нитрование ароматического кольца активирует формирование пирролидинового фрагмента. Установлено, что синтезированные на основе ТЦЭ полицианосодержащие карбо- и гетероциклы, как биологически активные вещества, в наибольшей степени проявляют противоопухолевые свойства. Среди них наиболее эффективны тетрацианозамещенные производные. Для тетрацианозамещенных карбо- и гетероциклов характерна также повышенная, в сравнении с их аналогами содержащими две или три нитрильные группы, антимикробная активность. Скрининг синтезированных соединений на ВИЧ-1 показал, что самой высокой активностью (степень защиты ~ 50% при концентрации исследуемых веществ 2 х 10"4М) обладают ди- и трицианозамещенные азотсодержащие гетероциклы, одним из элементов циклических структур которых является фрагмент Ь1,КГ-диметилгидразина.

Практическая значимость. Осуществленные в работе реакции ТЦЭ и его аддуктов позволили разработать принципиально новые препаративные методы синтеза неизвестных ранее биологически активных полифункциональных циклопропанов, циклобутанов, циклопентанов, циклопентенов, циклогексанонов, азабицикло[3.2.1]октанов, пиридинов, 1-азапенталенов, азабицикло[3.1.0]гексенов, пирролидинов, пиперидонов, пирролинов. Разработанные методы просты по исполнению и технологичны. При этом, как правило, протекают сложные многостадийные на молекулярном уровне процессы. Показана высокая реакционная способность тетрацианоэтилированных кетонов, являющимися одними из наиболее; доступных полицианированных синтонов. На их основе предложены простые

I о методы модификации кетонов R 3CC(0)CHR 2, в том числе природных и биологически активных, в устойчивые и хорошо кристаллизующиеся производные пирана, циклопентена и 1-азапенталена. Этот синтетический подход заключается в тетрацианоэтилировании кетонов и взаимодействии образующихся ОАТ с альдегидами. Синтезированы практически нетоксичные вещества обладающие более высокой чем известные препараты, противоопухолевой активностью перспективные для внедрения в медицинскую практику. Это 1-(2,2-диалкилгидразоно)-4-Б1-2,2,3,3-тетрацианоциклопентаны и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-Б1-пиперидин-2-оны — карбо- и гетероциклы, содержащие структурные фрагменты производных ЭТК и Ы^-диалкилгидразина.

Диссертация состоит из трех глав. В первой главе приведен литературный обзор. Вторая глава посвящена обсуждению результатов, полученных в ходе настоящего исследования. Здесь дана оценка биологической активности полученных соединений. Третья глава — экспериментальная. Выводы завершают работу. и

1. Синтез и свойства тетрацианоуглеродов (литературный обзор)

Доступность наиболее перспективных и изученных синтонов среди ТЦУ-ЭТК, ОАТ и ТЦЦА обусловлена в первую очередь разработанным в конце 50-х годов XX столетия специалистами фирмы DuPont (США) препаративного способа получения ТЦЭ [6]. Каине, Карбони, Коффман, Энгельгарт, Хеккерт, Мидделтон нагревали диброммалононитрил в бензоле с порошкообразной медью в течение 8 ч. После выделения ТЦЭ и перекристаллизации его из хлорбензола выход составлял 55%. Наиболее близкий аналог ТЦЭ, трицианоэтилен гораздо менее доступен, т.к. его синтез более трудоемок и включает пять стадий [235].

Схема 1.

NC—СН2—ОН + NaHC

CN CN CN nh3

-► /-( -/ 55% / \ 74% /

C02C2H5 NC C02C2H5 NC CO2NH2

CN CN

P2°5 / вг2/н2о / cr (c2h5)2n

CN

80% / \ 91% / \ q,O/ NC CN

NC CN NC CN 91/0

Полученный таким образом с общим выходом 27% трицианоэтилен обладает теми же химическими свойствами что и ТЦЭ, но менее реакционоспособен. Так, ацетон и трицианоэтилен в присутствии эфирата трехфтористого бора с выходом 39% образуют 4-оксопентан-1,1,2-трикарбонитрил в течение двух дней [235]. Аналогичная реакция ТЦЭ с ацетоном протекает за 1-2 ч и выходом соответствующего ОАТ 67% [204].

236 Выводы

1. В ряду органических нитрилов выявлены соединения, обладающие наиболее высокой химической и биологической активностью - это ТЦУ.

2. Наличие четырех нитрильных групп у 5-оксо-1,1,2,2-циклогексантетракарбонитрилов придает им способность легко присоединять по карбонильной группе воду и образовывать устойчивые при хранении диолы, у которых в кислой среде, при комнатной температуре, протекает необычно легкий внутримолекулярный гидролиз одной аксиальной цианогруппы до 1,2,2-трициано-5-оксо-1-циклогексанкарбоксамидов и гетероциклизация последних за счет C0NH2"'C=0 взаимодействия в 5-гидрокси-7-оксо-6-азабицкло[3.2.1 ]октан-1,2,2-трикарбонитрилы.

3. Заместители а-С1, [3-Br, а также карбонильная группа в а- или 8-положении у алканонов ориентируют реакции циклоприсоединения их к ТЦЭ с образованием соответственно трех-, четырех-, пяти- и шестичленных тетрацианозамещенных алициклов.

4. Найдено, что наиболее подходящими реагентами для модификации кетонов в том числе природных и биологически активных, через ОАТ в карбо- и гетероциклы являются альдегиды. Реакции ОАТ с альдегидами позволяют быстро, в мягких условиях и с высокими выходами получить цианосодержащие производные пиранов, циклопентенов и 1-азапенталенов.

5. Необычно легкая дециклизация 1-(2,2-диалкилгидразино)-2,2,3,3

1 ") * тетрацианоциклопентанов по связи С -С , фиксируемая методом ЯМР'Н даже при -60°С, обусловлена близким расположением сильных электроноакцепторного и электронодонорного фрагментов — соответственно тетрацианоэтильного и ]М,1М-диалкилгидразинного. На основе этого эффекта разработаны новые подходы к труднодоступным биологически активным полицианосодержащим 1Ч,]М-диалкилгидразино- и

Ы-диалкиламинозамещенным циклопентенам, пирролидинам, циклопентанам и пиперидин-2-онам.

6. Наличие у карбо- и гетероциклов 1,1,2,2-тетрацианоэтильного фрагмента обуславливает их значительные антимикробные свойства и более высокую, чем у известных препаратов противоопухолевую активность по отношению к опухолевым клеткам рака предстательной железы, рака почек, рака кишечника, рака яичников.

7. Установлены основные фрагменты молекул, определяющие вид фармакологического действия, которые можно отнести к фармакофорным. Носителем противоопухолевой и антимикробной активности в карбо- и гетероциклах является 1,1,2,2-тетрацианоэтильный фрагмент, эффект которого усиливается структурной составляющей К,]Ч-диалкилгидразина. Носитель анти-ВИЧ активности в цианозамещенных азотсодержащих гетероциклах - фрагмент ]МДч[-диметилгидразина.

8. Для углубленных фармакологических исследований предлагаются 1-(2,2-диметилгидразоно)-4-метил-2,2,3,3-тетрацианоциклопентан и 1-диметиламино-5,5,6,6-тетрациано-4-метилпиперидин-2-он, проявляющие широкий спектр противоопухолевого действия, более активные и менее токсичные, чем известные препараты.