Способ получения производных N-гидроксибутанамида
METHOD FOR PRODUCING DERIVATIVES OF N-HYDROXYBUTANAMIDE

Изобретение относится к области синтеза новых лекарственных препаратов для таргетной терапии опухолевых заболеваний, в частности к способам получения новых ингибиторов гистондеацетилаз.
С точки зрения фармакофорной модели, наиболее подходящими соединениями в качестве ингибиторов гистондеацетилаз являются производные гидроксамовых кислот (поскольку гидроксамовая группа способна эффективно хелатировать ионы цинка в активном центре фермента, что инактивирует его работу) [Chunlong Zhao, Hang Dong, Qifu Xu & Yingjie Zhang // Expert Opinion on Therapeutic Patents, Volume 30, 2020 - Issue 4, P. 263-274].
Из уровня техники известно ограниченное количество методов, позволяющих получать гидроксамовые кислоты без применения дорогостоящих добавок, активирующих карбоксильную группу. Одним из наиболее распространенных методов является реакция метиловых эфиров карбоновых кислот с гидроксиламином [Devlin, J. P.; Ollis, W. D.; Thorpe, J. E. J. Chem. Soc, Perkin Trans. 1 1975, 846]. Однако такой подход реализуем только при рН>10, что способно значительно усложнить процесс выделения и очистки целевого продукта, а также увеличить вероятность протекания побочных реакций. Смягчения условий протекания реакции можно добиться путем добавления в реакционную смесь цианистого калия [Chih Y. Но, Eric Strobel, Janet Ralbovsky, and Robert A. Galemmo, Jr.// J. Org. Chem., Vol. 70, No. 12, 2005, 4873-4875], но само применение чрезвычайно ядовитой добавки при возможном производстве лекарственных препаратов является существенным недостатком такого подхода. Известен также метод, позволяющий в мягких условиях провести активацию карбоксильной группы путем добавки этилхлорформиата [A. Sekar Reddy, М. Suresh Kumar and G. Ravindra Reddy // Tetrahedron Letters 41 (2000) 6285-6288]. Но этот метод также имеет ограничения, поскольку неприменим для карбоновых кислот с дополнительными нуклеофильными заместителями.
Задачей изобретения является разработка универсального подхода к синтезу новых соединений с гидроксамовой группой, реализуемого в мягких условиях (при t<70°С, без добавления щелочи, катализаторов и других добавок, способных приводить к побочным продуктам) и применимого для получения новых ингибиторов гистондеацетилаз.
Поставленная задача решается путем проведения реакций N-замещенных сукцинимидов с гидроксиламином. Впервые показано, что подобные реакции протекают уже при t=18°С с раскрытием имидного цикла и образованием соответствующей амидогидроксамовой кислоты (Фиг. 1). Причем оптимальный результат (с точки зрения простоты выделения, чистоты и выхода целевого продукта) достигается при использовании водного раствора гидроксиламина, получаемого после растворения его солевой формы в растворе аммиака.
Также задача решается путем разработки нового метода получения N-замещенных сукцинимидов. который заключается в проведении реакции амина или гидразида с ангидридом янтарной кислоты с последующей имидизацией продукта ацилирования путем добавления полифосфорного эфира (РРЕ).
Сущность предлагаемого изобретения характеризуется примерами, приведенными ниже.
Общая схема синтеза целевых соединений приведена на Фиг. 1. ЯМР-спектры регистрировали на приборе Bruker DRX 500 с рабочей частотой 500.13 MHz при температуре 298 К и использовании в качестве внутреннего стандарта тетраметилсилана. ИК спектры снимали на спектрометре Bruker alfa. Полифосфорный эфир (РРЕ) получали по методике [Schramm, G.; Grotsch, Н; Pollmann, W. Angew. Chem., Int. Ed. 1962, 1, 1].
8
Структура изолированных молекул, производных N-гидроксибутанамида, была определена с полной оптимизацией геометрии из квантово-механических расчетов по теории функционала плотности. Использовали функционал плотности М052Х, разработанный для расчета молекулярных структур и термохимических свойств органических молекул [Y. Zhao, N. Е. Schultz, D.G. Truhlar, J. Chem. Theory Comput, 2006, 2, 364-382]. Для построения волновой функции использовали базис 6-31+G(d,p), включающий поляризационные и диффузные функции. Расчет проведен по программе Gaussian-09 [M.J. Frisch et al., Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010]. Связывание молекул-лигандов, производных N-гидроксибутанамида, с белком гистон деацетилазы-2 проводили путем метода докинга. Использовали трехмерную структуру белка 41xz.pdb [В. Е. L. Lauffer et al., J. Biol. Chem., 2013, 288, p.26926-26943] из базы структур биомолекул Protein Data Bank. Перед докингом из структуры белка были удалены все молекулы воды, лиганды и ионы металлов, за исключением иона Zn++ в каталитическом центре. Расчеты проведены по программе Gold [G. Jones et al., J. Mol. Biol. 1997, 267, 727-748], использованной ранее для поиска ингибиторов белка метилтрансферазы вируса Денге [V.B. Luzhkov et al., Bioorg. Med. Chem. 2007, 15, 7795-7802]. Стыковку лиганда с белком рассчитывали в районе кармана в структуре 41xz для связывания известного ингибитора N'-гидрокси-N-фенилоктаедиамида (SAHA). Район связывания задавался сферой радиуса 18 ангстрем вокруг атома Zn++. Для белка использовалась жесткая структура, в то время как для лиганда были разрешены вращения по торсионным углам для всех химических связей, допускающим конформационные изменения. При этом использовали структуру лигандов (длины связей и валентные углы), полученную из квантово-химических расчетов. Расчет прочности связывания проводился на основе оценочной функции ChemScore, которая включала вклады гидрофобных и гидрофильных взаимодействий, водородных связей, связи с металлом, внутренних энергий. В качестве лиганда сравнения была взята молекула SAHA, для которой докинг указанным методом близко воспроизводит экспериментальную посадку в белке.
Пример 1
4
Синтез N'-гидрокси-N-фенилбутандиамида (2а).
Проведение первой стадии (синтез 1а, Фиг. 1)
3
2
4
10
9
2
3
2
-1
1
Анилин (0.93 г, 10 ммоль) прибавляют при перемешивании к кипящему раствору 1 г (10 ммоль) янтарного ангидрида в 50 мл хлороформа. Полученную смесь кипятят в течение 6 часов, после чего добавляют 1.5 г полифосфорного эфира (РРЕ) и продолжают реакцию еще 6 часов при температуре кипения хлороформа. По окончании реакции смесь остужают до комнатной температуры и обрабатывают 35 мл горячего насыщенного раствора NaHCO в воде. Водный слой удаляют, органическую фракцию обрабатывают безводным NaSO и упаривают. Сухой остаток перекристаллизовывают из метанола. Выход 1.57 г (89.7%) бесцветных кристаллов 1-фенилпирролидин-2,5-диона. Найдено, %: С 68.13; Н 5.67; N 7.89; О 18.46. Рассчитано для CHNO, %: С 68.56; Н 5.18; N 8.00; О 18.27. ПК Спектр, v, см2985,2936, 1775, 1697, 1591, 1497, 1456, 1423, 1383, 1287, 1179, 1171, 1145, 1070, 1027, 977, 942, 924, 813, 762, 695, 666, 624, 583, 496, 459. Н ЯМР спектр (CDCl), δ, ppm (J, Hz): 2.90 (4Н, s, -СН-), 7.25-7.30 (2Н, m, Н Ar), 7.40 (1Н, t, J=7.4, Н Ar), 7.48 (2Н, t, J=7.7, Н Ar).
Проведение второй стадии (синтез 2а, Фиг. 1)
10
12
2
3
6
2
2
-1
1
13
Гидроксиламина гидрохлорид 0.75 г (10 ммоль) растворяют в 6 мл 25% раствора аммиака и перемешивают в течение 30 минут, после чего удаляют избыток аммиака (сначала раствор перемешивают при пониженном давлении до прекращения кипения, затем продувают аргоном в течение 3 часов). К полученному раствору прибавляют 0.9 г (5 ммоль) соединения 1а и 5 мл метанола. Суспензию перемешивают в течение 20-30 минут, после чего осадок отфильтровывают и промывают водой (4 х 20 мл), хлороформом (3×20 мл), гексаном (2×20 мл). Выход 0.54 г (51.9%) бесцветных кристаллов. Найдено, %: С 57.57; Н 5.92; N 13.36; О 23.29. Рассчитано для CHNO, %: С 57.68; Н 5.81; N 13.45; О 23.05. ИК спектр, v, см: 3270, 2927, 2728. 1662, 1599, 1571, 1535, 1498, 1421, 1352, 1313, 1265, 1242, 1191, 1165, 1083, 1047, 1007, 966, 903, 844, 782, 747, 693, 656, 588, 541, 505, 465, 445, 422, 387, 372. Н ЯМР спектр (DMSO-d), δ, ppm (J, Hz): 2.28 (2H, t, J=7.2, -CH-), 2.52-2.60 (2H, m, -CH-), 7.01 (1H, t, J=7.4, H Ar), 7.27 (2H, t, J=7.9, H Ar), 7.58 (2H, d, J=7.8, H Ar), 8.74 (1H, s, N-OH), 9.95 (1H, s, N-H), 10.43 (1H, s, N-H). C ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm: 27.4; 31.5; 118.9; 122.9; 128.7; 139.3; 168.4; 170.2.
Пример 2
Синтез 4-(2-бензоилгидразинил)-N-гидрокси-4-оксобутанамида (2b).
Проведение первой стадии (синтез 1b, Фиг. 1)
11
10
2
3
2
-1
1
Бензогидразид (1.36 г, 10 ммоль) прибавляют при перемешивании к кипящему раствору 1 г (10 ммоль) янтарного ангидрида в 50 мл хлороформа. Полученную смесь кипятят в течение 6 часов, после чего добавляют 1.5 г полифосфорного эфира (РРЕ) и продолжают реакцию еще 6 часов при температуре кипения хлороформа. По окончании реакции смесь остужают до комнатной температуры, полученный осадок отфильтровывают и промывают хлороформом. Выход 0.99 г (45.4%) бесцветных кристаллов. Найдено, %: С 60.32; Н 4.78; N 12.67; О 22.12. Рассчитано для CHNO, %: С 60.55; Н 4.62; N 12.84; О 22.00. ИК спектр, v, см: 3128, 2988, 1791, 1723, 1655, 1601, 1578, 1521, 1484, 1416, 1307, 1291, 1189, 1158, 1086, 1046, 1001, 920, 820, 718, 688, 654, 607, 492, 421, 404. Н ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm (J, Hz): 2.86 (4H, s, -CH-), 7.52-7.58 (2H, m, H Ar), 7.62-7.67 (1H, m, H Ar), 7.90-7.94 (2H, m, H Ar), 11.06 (1H, s, N-H).
Проведение второй стадии (синтез 2b, Фиг. 1).
11
13
3
4
2
1
2
2
1
1
2
1
1
1
I3
Гидроксиламина гидрохлорид 0.32 г (4.6 ммоль) растворяют в 5 мл 25% раствора аммиака и перемешивают в течение 30 минут, после чего удаляют избыток аммиака (сначала раствор перемешивают при пониженном давлении до прекращения кипения, затем продувают аргоном в течение 3 часов). К полученному раствору прибавляют 0.5 г (2.3 ммоль) соединения 1b и 5 мл метанола. Суспензию перемешивают в течение 20-30 минут, после чего осадок отфильтровывают и промывают водой (4 х 20 мл), хлороформом (3×20 мл), гексаном (2×20 мл). Выход 0.41 г (71.9%) бесцветных кристаллов. Найдено, %: С 52.48; Н 5.34; N 16.58; О 25.59. Рассчитано для CHNO, %: С 52.59; Н 5.22; N 16.73; О 25.47. H ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm (J, Hz): 2.15-2.30 (2Н, m, -СН-), 2.44 (2Н, dt, J=14.5, J=7.3, -CH-), 7.49 (2H, q, J=7.3, Ar-H), 7.57 (1H, dd, J=15.7, J=8.3, Ar-H) 7.88 (2H, dd, J=13.8, J=8.1, Ar-H), 8.76 (1H, s, O-H), 9.80-10.02 (1H, m, N-H), 10.33 (1H, s, N-H), 10.50 (1H, s, N-H). C ЯМП спектр (DMSO-d6), δ, ppm: 27.66; 28.81; 127.51; 128.52; 131.87; 132.57; 165.57; 168.26; 170.78.
Пример 3
Синтез 4-{2-[(3,5-диметилфенокси)ацетил]гидразинил}-N-гидрокси-4-оксобутанамида (2с).
Проведение первой стадии (синтез 1 с, Фиг. 1).
3
2
4
14
16
2
4
3
2
2
-1
1
2-(3,5-Диметилфенокси)ацетогидразид (1.94 г, 10 ммоль) прибавляют при перемешивании к кипящему раствору 1 г (10 ммоль) янтарного ангидрида в 50 мл хлороформа. Полученную смесь кипятят в течение 6 часов, после чего добавляют 1.5 г полифосфорного эфира (РРЕ) и продолжают реакцию еще 6 часов при температуре кипения хлороформа. По окончании реакции смесь остужают до комнатной температуры, отфильтровывают. Фильтрат обрабатывают 35 мл горячего насыщенного раствора NaHCO в воде. Водный слой удаляют, органическую фракцию обрабатывают безводным NaSO и упаривают.Остаток кристаллизуют добавлением 0.1 мл воды, сушат. Выход 2.07 г (75.2%) бесцветных кристаллов 1 с. Найдено, %: С 60.70; Н 5.98; N 10.03; О 23.19. Рассчитано для CHNO, %: С 60.86; Н 5.84; N 10.14; О 23.16. ИК спектр v, см: 2985, 2912, 1719, 1645, 1595, 1476, 1421, 1396, 1321, 1297, 1192, 1157, 1028, 975, 838, 822, 748, 682, 505, 475, 439, 398, 373. Н ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm {J, Hz): 2.24 (6H, s, СН), 2.80 (4H, s, -СН-), 4.68 (2Н, s, О-СН-), 6.63 (3Н, s, Ar-Н), 10.74 (1Н, s, N-H).
Проведение второй стадии (синтез 2с, Фиг. 1).
14
19
3
5
3
2
2
2
-1
1
13
Гидроксиламина гидрохлорид 0.25 г (3.6 ммоль) растворяют в 5 мл 25% раствора аммиака и перемешивают в течение 30 минут, после чего удаляют избыток аммиака (сначала раствор перемешивают при пониженном давлении до прекращения кипения, затем продувают аргоном в течение 3 часов). К полученному раствору прибавляют 0.5 г (1.8 ммоль) соединения 1 с и 5 мл метанола. Суспензию перемешивают в течение 20-30 минут, после чего осадок отфильтровывают и промывают водой (4×20 мл), хлороформом (3×20 мл), гексаном (2×20 мл). Выход 0.46 г (82.6%) бесцветных кристаллов. Найдено, %: С 54.39; Н 6.25; N 13.61; О 25.92. Рассчитано для CHNO, %: С 54.36; Н 6.19; N 13.58; О 25.86. ИК спектр v, см: 3676, 3238, 2988, 2914, 1689, 1656, 1613, 1561, 1471, 1422, 1394, 1350, 1297, 1264, 1221, 1162, 1149, 1071, 1019, 997, 899, 848, 789, 755, 702, 678, 625, 598, 552, 480, 434, 407, 375. Н ЯМР спектр (DMSOd6), 5, ppm (J, Hz): 2.20 - 2.25 (8H, m, -CH, -CH-), 2.40 (2Н, t, J=7.6, -СН-). 4.51 - 4.58 (2Н, m, 0-СН-С=0), 6.59 (ЗН, s, Ar-H), 8.73 (1 Н, s, О-Н), 9.88 (1Н, s, N-H), 10.02 (1Н, s, N-H), 10.44 (1Н, s, N-H). C ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm: 21.11; 27.10; 28.67; 65.97; 112.35; 122.93; 138.65; 157.76; 166.30; 168.20; 170.30.
Пример 4
Синтез 4-{2-[4-(диметиламино)бензоил]гидразинил}-N-гидрокси-4-оксобутанамида (2d).
Проведение первой стадии (синтез 1d, Фиг. 1).
3
2
4
13
15
3
3
2
3
1
1
4-(Диметиламино)бензогидразид (1.79 г, 10 ммоль) прибавляют при перемешивании к кипящему раствору 1 г (10 ммоль) янтарного ангидрида в 50 мл хлороформа. Полученную смесь кипятят в течение 6 часов, после чего добавляют 1.5 г полифосфорного эфира (РРЕ) и продолжают реакцию еще 6 часов при температуре кипения хлороформа. По окончании реакции смесь остужают до комнатной температуры, отфильтровывают. Фильтрат обрабатывают 35 мл горячего насыщенного раствора NaHCO в воде. Водный слой удаляют, органическую фракцию обрабатывают безводным NaSO и упаривают. Выход 0.4 г (15.4%) бесцветных кристаллов Id. Найдено, %: С 59.67; Н 5.94; N 15.96; О 18.49. Рассчитано для CHNO, %: С 59.76; Н 5.79; N 16.08; О 18.37. ИК спектр, v, см: 3676, 3225, 2988, 2901, 1730, 1637, 1604, 1543, 1510, 1448, 1412, 1377, 1336, 1290, 1189, 1137, 1066, 944, 907, 824, 764, 698, 652, 622, 584, 500, 491, 443, 381. Н ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm (J, Hz): 2.82 (4Н, s, -СН-), 3.00 (6Н, s, -СН), 6.75 (2Н, d, J=8.5, Ar-H), 7.78 (2Н, d, J=8.4, Ar-H), 10.58 (1H, s, N-H).
Проведение второй стадии (синтез 2d, Фиг. 1).
13
18
4
4
2
3
1
1
I3
Гидроксиламина гидрохлорид 0.21 г (3.0 ммоль) растворяют в 5 мл 25% раствора аммиака и перемешивают в течение 30 минут, после чего удаляют избыток аммиака (сначала раствор перемешивают при пониженном давлении до прекращения кипения, затем продувают аргоном в течение 3 часов). К полученному раствору прибавляют 0.4 г (1.5 ммоль) соединения 1d и 5 мл метанола. Суспензию перемешивают в течение 20-30 минут, после чего осадок отфильтровывают и промывают водой (4×20 мл), хлороформом (3×20 мл), гексаном (2×20 мл). Выход 0.3 г (66.9%) бесцветных кристаллов 2d. Найдено, %: С 52.99; Н 6.27; N 19.01; О 21.84. Рассчитано для CHNO, %: С 53.05; Н 6.16; N 19.04; О 21.75. ИК спектр, v, см: 3676, 3250, 2988, 2972, 2901, 1678, 1620, 1573, 1558, 1541, 1522, 1406, 1382, 1320, 1276, 1235, 1207, 1066, 897, 826, 756, 669, 614, 570, 527, 505, 443, 420, 398, 378. Н ЯМР спектр (DMSO-d6), δ, ppm (J, Hz): 2.15-2.55 (4H, m, -CH-), 2.99 (6H, s, -СН), 6.73 (2Н, s, Ar-H), 7.78 (2Н, s, Ar-H), 8.65-9.15 (1H, m, О-Н), 9.65-10.05 (2Н, m, N-H), 10.20-10.55 (IH, m, N-H). C ЯМР спектр (DMSO-d6), 5, ppm: 27.57; 28.68; 110.66; 118.75; 128.74; 152.29; 165.32; 168.09; 170.66.
Пример 5
В таблице 1 приведено сравнение результатов исследования связывания полученных молекул 2a-d с белком гистондеацетилазы-2 методом докинга (в качестве сравнения взята молекула известного ингибитора гистондеацетилаз SAHA). ChemScore - показатель связывания атома цинка гидроксамовой группой исследуемых структур. Видно, что полученные структуры демонстрируют близкую к SAHA ингибирующую активность (таблица 1).
Из представленных выше примеров можно увидеть, что в заявленном изобретении предлагается принципиально новый подход к синтезу производных гидроксамовых кислот.
В качестве основы была взята новая реакция N-замещенных сукцинимидов с гидроксиламином, которая протекает с раскрытием имидного цикла и образованием несимметричного бис амида янтарной кислоты. Такой подход применим для получения новых соединений, потенциально обладающих ингибирующей активностью по отношению к гистондеацетилазам. Причем для полученных веществ 2а-2d предлагаемый метод значительно превосходит все известные аналоги, поскольку обеспечивает наименьшее число стадий без применения дорогостоящих активирующих добавок.