ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2020, том 90, № 4, с. 645-649

ПИСЬМА

В РЕДАКЦИЮ

УДК 542.91:547.466.2:547.241

СИНТЕЗ ФОСФИНОВОГО АНАЛОГА

АЛАНИЛЛЕЙЦИНА

М. Э. Дмитриев^a, В. В. Рагулинa,*

^aИнститут физиологически активных веществ Российской академии наук,

Северный проезд 1, Черноголовка, 142432 Россия

^bНаучно-исследовательский институт фармакологии имени В. В. Закусова Российской академии наук,

Москва, 125315 Россия

^cИнститут физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина Российской академии наук,

Москва, 119071 Россия

*e-mail: rvalery@dio.ru

Поступило в Редакцию 27 сентября 2019 г.

После доработки 27 сентября 2019 г.

Принято к печати 5 октября 2019 г.

Исследованы реакции амидоалкилирования фосфонистой кислоты, содержащей структурный изостер

лейцина, в ацетилхлориде и(или) уксусном ангидриде в условиях кислого катализа. Предложен двух-

компонентный метод синтеза фосфинового аналога аланиллейцина с использованием этилиденбис(бен-

зилкарбамата).

Ключевые слова: псевдоаланиллейцин, матриксные металлопротеиназы (ММР), ингибиторы цинк-ме-

таллопротеиназ, амидоалкилирование, фосфиновые структурные изостеры

DOI: 10.31857/S0044460X2004-228

Фосфиновые структурные аналоги природных

которых две аминокислотные компоненты ди-

пептидов входят в качестве лигандных составляю-

пептида связаны цинк-хелатирующим фосфино-

щих в состав перспективных радиофармпрепара-

вым фрагментом [2, 7]. При этом метиленфос-

тов [1], а также являются ингибиторами матрикс-

форильный CH₂P(O)(OH) фрагмент имитирует

ных металлопротеиназ (ММР), представляющих

природную пептидную связь с тетракоординиро-

собой семейство цинк-содержащих эндопротеаз,

ванным атомом углерода в переходном состоянии

вовлеченных в разнообразные биологические

пептидного гидролиза (схема 1).

процессы [2, 3]. Металлопротеиназы 2 и 9 типов

Широко используемым подходом к фосфино-

(ММР-2 и ММР-9), называемые желатиназами,

вой модификации пептидной связи является син-

играют важную роль в постинфарктном ремодели-

Схема 1.

ровании миокарда [4]. Нежелательную активность

желатиназ, проявляющуюся в отрицательном воз-

Zn²⁺

действии на ткани сердечно-сосудистой системы,

можно снизить или исключить с помощью ингиби-

R²

O O

R²

торов, содержащих цинк-хелатирующую группу

[5, 6]. Эффективными ингибиторами цинк-метал-

лопротеиназ являются фосфиновые псевдопепти-

R¹

ды - структурные изостеры пептидов, в молекуле

645

646

ГОЛОВАШ и др.

Схема 2.

тез N,P-защищенного производного 1, фосфони-

цинк-металлопротеиназы 9 типа (ММР-9) [14]

стого изостера соответствующей аминокислоты,

(схема 3).

разработанный компанией «Ciba-Geigy» [8, 9] с

Исследован процесс амидоалкилирования фос-

последующим его превращением в силиловый

фонистой кислоты 9, содержащей структурный

эфир P^III-фосфонистого аналога аминокислоты и

изостер лейцина, с использованием бензилкар-

присоединением к соответствующим α-замещен-

бамата и уксусного альдегида в среде ацетилхло-

ным акрилатам 2 (схема 2) [2, 7].

рида и(или) уксусного ангидрида как трехкомпо-

Нами разработан более короткий способ син-

нентный вариант карбаматной версии реакции

теза с обратным построением искомой молекулы

Кабачника-Филдса [11-13] с целью синтеза фосфино-

псевдопептида 3, который заключается в перво-

вой кислоты 11, представляющей собой этиловый

начальном присоединении генерированного in

эфир N-защищенного фосфинового кислого псевдо-

situ гипофосфита 4 к соответствующим образом

аланиллейцина N-Cbz-Ala-ψ[P(O)(OH)CH₂]-Leu-OEt. В

α-R²-замещенным акрилатам 2 с образованием

качестве альтернативного метода изучен двухком-

фосфонистых кислот 5, содержащих структурный

понентный вариант синтеза взаимодействием фос-

изостерный фрагмент соответствующей амино-

фонистой компоненты 9 с предварительно синтези-

кислоты, которую определяет соответствующий

рованным N,N`-этилиденбис(бензилкарбаматом)

заместитель (R²) в α-положении акриловой систе-

10 [12].

мы [10-13]. Амидоалкилирование фосфонистых

Контроль за ходом реакции осуществляли с

кислот 5 с использованием алкилкарбаматов 6 и

помощью метода спектроскопии ЯМР ³¹Р по соот-

соответствующих карбонильных соединений

ношению интенсивностей сигналов фосфиновой

приводит к целевым псевдопептидам 3 (схема 2)

кислоты 11 (δ_Р ~55 м. д.) и исходной фосфонистой

[11-13].

компоненты 9 (δ_Р ~32-33 м. д.) в спектре реакци-

Данная работа является дальнейшим развитием

онной массы. Установлено, что процесс амидоал-

предложенной ранее методологии синтеза фосфо-

килирования фосфонистой кислоты 9 достаточ-

изостеров пептидов из гипофосфитов [10-13] и по-

но быстро протекает в среде ацетилхлорида или

священа синтезу псевдоаланил-ψ[P(O)(OH)CH₂]-

в смеси с уксусным ангидридом. Однако в этом

лейцина 8, перспективного ингибитора матрикс-

случае протекают побочные процессы, связанные

Схема 3.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 4 2020

СИНТЕЗ ФОСФИНОВОГО АНАЛОГА АЛАНИЛЛЕЙЦИНА

647

с частичным дезалкилированием эфирного фраг-

вещества. Спектр ЯМР ¹H (CCl₄-CD₃OD), δ, м. д.:

мента молекулы 11 в процессе амидоалкилирова-

0.85-0.95 м (6H, CH₃), 1.25-1.35 м (12H, CH₃), 1.43

ния фосфонистой кислоты 9. Наблюдаются также

м (2H, CH), 1.60 м (4Н, СН₂СН), 2.05 м (4H, СН₂Р),

побочные реакции с участием ацетальдегида и

2.76 м [2Н, 2СНС(O)], 4.12 м (4Н, CH₂O). Спектр

образованием несодержащих фосфор соединений.

ЯМР ³¹Р (CCl₄-CD₃OD): δ_P 47.1 м. д. Найдено, %:

Это приводит к тому, что в процессе реакции в за-

C 56.95, 57.05; H 9.45, 9.50; P 8.33, 8.21. C₁₈H₃₅O₆P.

метном количестве не расходуется фосфонистая

Вычислено, % C: 57.13; H 9.32; P 8.18.

компонента 9.

2-(Этилоксикарбонил)-4-метиламил-1-(N-

В связи с этим нами были исследованы ме-

бензилоксикарбонил)аминоэтилфосфиновая

тодики амидоалкилирования кислоты 9 в среде

кислота (11). a. К охлажденной до 5°С смеси 4.4 г

уксусного ангидрида в условиях более мягкого

(20 ммоль) предварительно высушенной фосфо-

кислотного катализа посредством п-толуолсуль-

нистой кислоты 9 и 3.0 г (20 ммоль) бензилкарба-

фокислоты. Побочный процесс дезалкилирования

мата в 25 мл ацетилхлорида добавляли порциями

эфирных фрагментов в этом случае отсутствует,

1.4 мл (25 ммоль) ацетальдегида. Полученную

однако реакция амидоалкилирования протекает

смесь перемешивали при комнатной температу-

заметно медленнее. Высокий выход целевой кис-

ре в течение нескольких часов, затем выливали в

лоты 11 был достигнут при использовании двух-

70 мл воды со льдом, и упаривали в вакууме при

компонентной версии амидоалкилирования при

температуре бани не выше 35°С. Остаток обраба-

использовании этилиденбис(бензилкарбамата) 10,

тывали 70 мл насыщенного раствора бикарбоната

совмещающего в молекуле карбонильный и карба-

натрия. Водную фазу промывали диэтиловым эфи-

матный компоненты, так как это позволяет избе-

ром (2×10 мл), осторожно подкисляли раствором

жать побочных процессов с участием ацетальде-

1 н. HCl до рН ~2 и затем экстрагировали хлорофор-

гида.

мом (3×10 мл) или этилацетатом. Объединенный

органический экстракт сушили сульфатом магния

Этилиденбис(бензилкарбамат) 10 был предва-

рительно синтезирован в соответствии с предло-

и упаривали в вакууме. Остаток хроматографи-

ровали на силикагеле [элюент - хлороформ, хло-

женной нами ранее методикой [12]. Синтез фос-

роформ-изопропанол (5-7%)]. Элюат упаривали

фонистой кислоты 9 проводили в соответствии с

в вакууме, остаток кристаллизовался самопроиз-

методом, предложенным нами ранее [11] с неболь-

вольно, а также после обработки диэтиловым или

шой модификацией. При этом удалось выделить

петролейным эфиром (40/70). Фосфиновая кисло-

также и продукт двойного присоединения - фос-

та 11 была выделена после дополнительной кри-

финовую кислоту 9а. Синтез этилового эфира α-и-

зобутилакриловой кислоты осуществляли в соот-

сталлизации из петролейного эфира. Выход 4.1 г

(51%), т. пл. 74-77°С.

ветствии с ранее опубликованной методикой [15].

б. Амидоалкилирование фосфонистой кислоты

2-(Этоксикарбонил)-4-метиламилфос-

9 в смеси ацетилхлорида и уксусного ангидрида

фонистая кислота (9). Выход 81%, маслообраз-

позволила выделить целевой продукт 11 с выхо-

ное вещество. Спектр ЯМР ¹H (CCl₄-CD₃OD), δ,

дом 58%, т. пл.77-78°С.

м. д.: 0.97-1.05 уш. т (3H, CH₃), 1.35 д (6H, CH₃,

³J_НH= 7.0 Гц), 1.48 м (1H, CH), 1.65 м (2Н, СН₂СН),

в. Синтез в среде уксусного ангидрида с до-

2.10 м (2H, СН₂Р), 2.83 м [1Н, СНС(O)], 4.17 м (2Н,

бавлением п-толуолсульфокислоты (3 мол%) по-

CH₂O), 7.05 д (1H, PH, ¹J_PH = 560.0 Гц), 12.68 уш.

зволил получить кислоту 11 с выходом 71%, т. пл.

c (1Н, РООН). Спектр ЯМР ³¹Р (CCl₄-CD₃OD): δ_Р

78-80°С.

31.1 м. д. Масс-спектр (ESI), m/z: 223.4 [М + Н]⁺

г. Двухкомпонентный вариант синтеза был про-

(вычислено для C₉H₁₉O₄P: 223.2). Найдено Р, %:

веден с использованием предварительно синтези-

13.63, 13.43. C₉H₁₉O₄P. Вычислено Р, %: 13.94.

рованного N,N'-этилиденбис(бензилкарбамата) 10

Бис[2-(этоксикарбонил)-4-метиламил]фос-

[12] также при использовании п-толуолсульфо-

финовая кислота (9а) была получена в виде слег-

кислоты (3 мол%). К перемешиваемой смеси 2.2 г

ка желтоватого малоподвижного маслообразного

(10 ммоль) безводной фосфонистой кислоты 9 и

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 4 2020

648

ГОЛОВАШ и др.

3.3 г (10 ммоль) N,N'-этилиденбис(бензилкарба-

ные в кислой и щелочной среде, в последнем слу-

мата) 10 в 20 мл уксусного ангидрида добавля-

чае наличие диастереомеров проявляется в боль-

ли 0.05 г (0.3 ммоль) п-толуолсульфокислоты.

шей степени. Выход 62%, т. пл. 197-199°С (разл.).

Реакционную массу перемешивали при комнат-

Cпектр ЯМР ¹H (D₂O-DCl, pH = 1), δ, м. д.: 0.48 д

ной температуре, наблюдая за ходом реакции с

(3Н, СН₃СHC, ³J_HH = 5.9 Гц), 0.52 д (3Н, СН₃СHC,

помощью ЯМР ³¹Р. По завершении реакции смесь

³J_HH = 6.5 Гц), 1.08 д. д (3H, СН₃СHP, ³J_PH = 14.7,

фильтровали, фильтрат обрабатывали аналогично

³J_HH = 7.1 Гц), 1.14-1.32 м [3Н, СH₂CH(CH₃)₂],

методике а. Выход 3.3 г (83%), т. пл. 80-81°С, R_f ~

1.56-1.74 м (1H, РСН₂), 1.78-1.98 м (1H, РСН₂),

0.20-0.35 (CHCl₃:EtOH = 5:1) (двойное пятно, что

2.35-2.57 м [1Н, CHC(O)], 3.10-3.30 м (1H, CHN).

обусловлено наличием диастереомеров). Cпектр

Cпектр ЯМР ¹H (D₂O-NaOD, pH ~9), δ, м. д.:

0.78 д (3Н, СН₃СHC, ³J_HH = 5.9 Гц), 0.82 д (3Н,

ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д. : 0.84 д (3Н, СН₃, ³J_HH =

6.4 Гц), 0.88 д (3Н, СН₃, ³J_HH = 7.5 Гц), 1.21 т (3Н,

СН₃СHC, ³J_HH = 5.3 Гц), 1.12 д. д (3H, СН₃СHP,

³J_PH = 14.7, ³J_HH = 7.1 Гц), 1.14* д. д (3H, СН₃СHP,

СН₃, ³J_HH = 7.0 Гц), 1.34 д. д (3Н, CH₃CH, ³J_HH =

³J_PH = 13.5, ³J_HH = 7.1 Гц), 1.25-1.60 м [4Н, РСН₂ +

6.5, 3JPH = 14.5 Гц), 1.45-1.80 м (4Н, РСН2 +

СH₂CH(CH₃)₂], 1.71-1.99 м (1H, РСН₂), 2.42-2.60

СНСН₂СН), 2.00-2.27 м (1Н, СНСН₃), 2.70-2.92 м

м [1Н, CHC(O)], 2.68-2.87 м (1H, CHN). Cпектр

[1Н, CHC(O)], 3.90-4.05 м (1Н, PCHN), 4.11 к (2H,

ЯМР ¹³C (D₂O-DCl, pH = 1), δ_C, м. д.: 12.24*, 12.30,

CH₂O, ³J_HH = 7.0 Гц), 5.10 уш. с (2H, OCH₂Ph), 5.38

21.29, 21.86*, 21.93, 25.3, 28.50* д (¹J_PC = 92.7 Гц),

уш. д (1Н, NH, ³J_HH = 8.6 Гц), 6.50 уш. с (1Н, РООН),

28.64 д (¹J_PC = 93.1 Гц), 37.20 д (²J_PC = 4.8 Гц), 42.61

7.33 с (5Н, Ph). Cпектр ЯМР ¹³C (CDCl₃), δ_С, м. д.:

д (³J_PC = 11.6 Гц), 45.28* д (¹J_PC = 97.0 Гц), 45.35

13.84* (здесь и далее звездочкой отмечен сигнал

д (¹J_PC = 96.6 Гц), 179.44 д (³J_PC = 5.2 Гц). Cпектр

минорного диастереомера), 14.05, 20.88*, 21.84,

ЯМР ¹³C (D₂O-NaOD, pH ~9), δ_C, м. д.: 13.18*,

22.32*, 22.67, 25.06*, 25.73, 28.67 д (¹J_PC = 95.1 Гц),

14.24, 21.41, 21.60*, 22.62*, 22.86, 25.94*, 26.10,

28.96* д (¹J_PC = 91.6 Гц), 37.12, 43.17* д (³J_PC =

31.16* д (¹J_PC = 90.9 Гц), 31.56 д (¹J_PC = 90.9 Гц),

8.8 Гц), 43.37 д (³J_PC = 11.1 Гц), 45.10* д (¹J_PC =

41.42 д (²J_PC = 2.7 Гц), 43.74 д (³J_PC = 7.7 Гц), 43.91

103.5 Гц), 45.85 д (¹J_PC = 104.3 Гц), 60.71, 67.04,

д (³J_PC = 9.6 Гц), 45.66* д (¹J_PC = 93.2 Гц), 46.16 д

127.97, 128.09, 128.44, 136.18, 155.86 д (³J_PC =

(1JPC = 92.8 Гц), 184.92 д (3JPC = 8.4 Гц), 185.02* д

5.0 Гц), 175.1. Спектр ЯМР ³¹P (CDCl₃), δ_Р, м. д.:

(3JPC = 6.5 Гц). Спектр ЯМР 31Р (D2O-DCl, pH = 1):

54.7*, 55.0. Масс-спектр (ESI), m/z: 400.5 [М + Н]⁺

δ_P 44.3 м. д. Спектр ЯМР ³¹Р (D₂O-NaOD, pH ~9),

(вычислено для C₁₉H₃₀NO₆P: 400.4). Найдено, %: C

δ_P, м. д.: 43.1, 43.5*. Найдено,%: C 45.35, 45.26; H

56.68, 56.92; H 7.78, 7.87. C₁₉H₃₀NO₆P. Вычислено,

9.02, 9.17; N 6.04, 6.13. C₉H₂₀NO₄P. Вычислено, %:

%: C 57.13; H 7.57.

C 45.57; H 8.50; N 5.90.

2-(Гидроксикарбонил)-4-метиламил-1-

Спектры ¹H, ³¹P и ¹³С ЯМР снимали на Фурье-

аминоэтилфосфиновая кислота (псевдоала-

спектрометре Bruker DPX-200. Для ионо-обменной

ниллейцин) (8). Фосфиновую кислоту 11 (1.1 г,

хроматографии использовали катионит Purolite

2.8 ммоль) кипятили в 15 мл 6 н. HCl в течение

C100E (H⁺). Температуру плавления определяли в

17 ч. Охлажденный раствор обрабатывали хлоро-

блоке в открытом капилляре. Хроматографический

формом (2×5 мл). Водную фазу упаривали в вакуу-

анализ проводили на LC/MSD системе Agilent

ме и остаток хроматографировали на катионите

1100 серии с DAD, ELSD и одноквадрупольным

(элюент - H₂O, затем 0.5 н. HCl). Элюат, имею-

масс-селективным детектором с ионизацией элек-

щий положительную реакцию на нингидрин, упа-

троспреем.

ривали в вакууме. Остаток (~0.6 г) растворяли в

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

5.5 мл водного спирта (~1:10), обрабатывали 0.5 мл

(7 ммоль) окиси пропилена и выделяли 0.4 г (62%)

Работа выполнена в рамках государствен-

аминофосфиновой кислоты 8. Аминокислота 8

ного задания Института физиологически ак-

представляет собой кристаллический порошок,

тивных веществ РАН на 2019 год (тема № 0090-

ограниченно растворимый в воде при собственном

2019-008) при частичной финансовой под-

рН, поэтому ниже приведены спектральные дан-

держке Программы Президиума РАН

№ 14П,

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 4 2020

СИНТЕЗ ФОСФИНОВОГО АНАЛОГА АЛАНИЛЛЕЙЦИНА

649

Российского фонда фундаментальных иссле-

7. Georgiadis D., Dive V. // Top. Curr. Chem. 2015.

дований (гранты

№№ 18-03-00959,

18-03-

Vol. 360. P. 1. doi 10.1007/128_2014_571

01123) и Российского научного фонда (грант

8. Baylis E.K., Campbell C.D., Dingwall J.G. // J. Chem.

№ 19-13-00294, хроматографический, спектраль-

Soc. Perkin Trans. 1. 1984. P. 2845. doi 10.1039/

P19840002845

ный и элементный анализ).

9. McCleery P.P., Tuck B. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

1989. P. 1319. doi 10.1039/P19890001319

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

10. Rozhko L.F., Ragulin V.V. // Amino Acids. 2005. Vol. 29.

интересов.

N 2. P. 139. doi 10.1007/s00726-005-0194-9

11. Dmitriev M.E., Ragulin V.V. // Tetrahedron Lett. 2010.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Vol. 51. N 19. P. 2613. doi 10.1016/j.tetlet.2010.03.020

1. Notni J., Simecek J., Hermann P., Wester H.-J. //

12. Дмитриев M.Э., Россинец Е.А., Рагулин В.В. // ЖОХ.

Chem. Eur. J. 2011. Vol. 17. P. 14718. doi 10.1002/

2011. Т. 81. Вып. 6. С. 898; Dmitriev M.E., Rossi-

chem.201103503

nets E.A., Ragulin V.V. // Russ. J. Gen. Chem. 2011.

2. Mucha A. // Molecules. 2012. Vol. 17. P. 13530. doi

Vol. 81. N 6. P. 1092. doi 10.1134/S1070363211060041

10.3390/molecules171113530

13. Dmitriev M.E., Ragulin V.V. // Tetrahedron Lett. 2012.

Vol. 53. N 13. P. 1634. doi 10.1016/j.tetlet.2012.01.094

3. Zinc Metalloproteases in Health and Disease / Ed.

N.M. Hooper. London: Taylor and Francis, 1996. P. 153.

14. Eckhard U., Huesgen P.F., Schilling O., Bellac C.L.,

Butler G.S., Cox J.H., Dufour A., Goebeler V.,

4. Hori M., Nishida K. // Cardiovasc. Res. 2009. Vol. 81.

Kappelhoff R., Keller U., Klein T., Lange P.F., Marino G.,

N 3. P. 457. doi 10.1093/cvr/cvn335

Morrison C.J., Prudova A., Rodriguez D., Starr A.E.,

5. Whittaker M., Ayscough A. // Celltransmissions (Sigma

Wang Y., Overall C.M. // Matrix Biol. 2016. Vol. 49.

Aldrich Inc.). 2001. Vol. 17. N 1. P. 3.

P. 37. doi 10.1016/j.matbio.2015.09.003

6. Pirad B., Matter H. // J. Med. Chem. 2006. Vol. 49. N 1.

15. Stetter H., Kuhlmann H. // Synthesis. 1979. N 1. P. 29.

P. 51. doi 10.1021/jm050363f

doi 10.1055/s-1979-28537

Synthesis of Phosphinic Analogue of Alanylleucine

S. R. Golovash^a, O. S. Grigorkevich^b, G. S. Tsebrikova^c, M. E. Dmitriev^a, and V.V. Ragulina,*

^a Institute of Physiologically Active Substances of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, 142432 Russia

^bV.V. Zakusov Research Institute of Pharmacology of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 125315 Russia

^c A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences,

Moscow, 119071 Russia

*e-mail: rvalery@dio.ru

Received September 27, 2019; revised September 27, 2019; accepted October 5, 2019

The amidoalkylation reactions of a phosphonous acid containing a structural isostere of leucine in acetyl

chloride and(or) acetic anhydride were studied under conditions of acid catalysis. A two-component method

for the synthesis of a phosphine analog of alanylleucine using ethylidenebis(benzylcarbamate) was proposed.

Keywords: pseudo-alanylleucine, matrix metalloproteinases (MMPs), zinc metalloproteinase inhibitors, ami-

doalkylation, phosphinic structural isosteres

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 4 2020