PL B1. Sposób otrzymywania estrów kwasów retinowego, -13-apokarotenowego i -12 -apokarotenowego z -karotenu

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07C 403/14 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób otrzymywania estrów kwasów retinowego, -13-apokarotenowego i -12 -apokarotenowego z -karotenu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/09 (73) Uprawniony z patentu: UNIWERSYTET W BIAŁYMSTOKU, Białystok, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/13 (72) Twórca(y) wynalazku: JACEK WITOLD MORZYCKI, Białystok, PL AGNIESZKA WOJTKIELEWICZ, Białystok, PL JADWIGA MAJ, Białystok, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania estrów kwasów retinowego (wzór 1), -12 -apokarotenowego (wzór 2) i β-13-apokarotenowego (wzór 3) z β-karotenu, jako potencjalnie aktywnych analogów kwasu retinowego lub półproduktów do syntezy takie analogów. Retinoidy są grupą naturalnych i syntetycznych analogów witaminy A. Związki te wykazują szerokie spektrum aktywności biologicznej. Witamina A (retinol) pobudza wzrost tkanki nabłonkowej i łącznej oraz aktywuje proliferację komórek; retinal wchodzi w skład rodopsyny i odgrywa zasadniczą rolę w procesie widzenia; kwas retinowy i kwas 9-cis-retinowy kontroluj ekspresję genów poprzez łączenie się z odpowiednimi receptorami (RAR, RXR), w wynik czego wpływają na różnicowanie się i wzrost komórek. Poza pełnieniem ważnej roli w funkcjonowaniu normalnych komórek, kwas retinowy i jego pochodne (np. N-(4-hydroksyfenylo)retinamid, nazwa handlowa - fenretinide) wykazują właściwość antynowotworowe. Ze względu na swoją wysoką aktywność biologiczną retinoidy znalazły zastosowanie w medycynie (szczególnie w leczeniu chorób skóry), w kosmetyce, w przemyśle spożywczym; fenretinide jest obecnie w ostatniej fazie badań klinicznych w chemioterapii raka pęcherza, nerek i neuroblastomy. Do tej pory opisano wiele metod syntezy retinoidów, a w szczególności retinolu i różnych izomerów kwasu retinowego. Strategie opracowane do konstrukcji polienowego łańcucha wykorzystują między innymi: kondensację aldolową: M. Matsui, S. Okano, K. Yamashita, M. Miyano, S. Kitamura A. Kobayashi, T. Sato, B. R. Mikami, J. Vitaminol. (Kyoto) 4, 178 (1958); C. D. Robeson, J. D. Cawley, L. Weisler, Μ. H. Stern, C. C. Eddinger, A. J. Chechak, J. Am. Chem. Soc. 77, 4111 (1955); P. S. Marchand, R. Riiegg, U. Schwieter, P. T. Siddons, B. C. L. Weddon, J. Chem. Soc (1965); R. W. Dugger, C. H. Heathcock, J. Org. Chem. 45, 118 (1980); G. Cardillo, M. Contendo, S. Sandri, J. Chem. Soc. Perkin Trans. I 1729 (1979); Y. F. Shealy, C. A. Krauth, J. M. Riodan, B. P. Sani, J. Med. Chem (1988); A. Wada, S. Hiraishy, N. Takamura, T. Date, K. Aoe, M. Ito, J. Org. Chem. 62, 4343 (1997); zgłoszenie patentowe EP ; reakcję Wittiga lub Wittiga-Hornera: patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent EUR ; G. Wittig, H. Pommer, Chem. Abstr. 53, 436, (1959); H. Pommer, Angew. Chem. 72, 811 (1960); H. Pommer, W. Sarnecki, Chem Abstr. 55, 14, 511 (1961); H. Pommer, W. Stilz, Chem. Abstr. 57, 2267 (1962); G. Pattenden, B. C. L. Weedon, C. F. Garbers, D. F. Schneider, J. P. van der Merwe, Chem. Commun. 347 (1965); A. Trehan, T. Mirzadegan and R. S. H. Liu, Tetrahedron 46, 3769 (1990); W. C. Still, C. Gennari, Tetrahedron Lett. 24, 4405 (1983); reakcję z odczynnikiem Grignarda: Κ. K. Chugai Seiyaku, Derwent Farmdoc 11, 643 (1964); K. Shishido, H. Nozaki, M. Tsuda, Derwent Farmdoc, 11, 669 (1964); reakcję Julia: patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; patent DE ; M. Julia and D. Arnould, Bull. Soc. Chim. Fr. 746 (1973); P. S. Manchand, M. Rosenberg, G. Saucy, P. A. Wehrli, H. Wong, L. Chambers, Μ. P. Ferro, W. Jackson, Helv. Chim. Acta 59, 387 (1976); P. Chabardes, J. P. Décor, J. Varagnat, Tetrahedron Lett. 33, 2799 (1977); J. Otera, H. Misawa, T. Onishi, S. Suzuki, Y. Fujita, J. Org. Chem. 51, 3834 (1986); reakcję Reformackiego: E. E. Truscheit, H. Oediger, Angew. Chem. 72, 948 (1960); reakcję Suzuki: A. Torrado, B. Iglesias, S. Lopez, R. de Lera, Tetrahedron 8, 2435 (1995); S. Lopez, J. Montenegro, C. Saa, J. Org. Chem. 72, 9572 (2007); reakcję Stille: B. Dominguez, Y. Pazos, A. R. de Lera, J. Org. Chem. 65, 5917 (2000); reakcję Petersona: A. Wada, Y. Tanaka, N. Fujioka, M. Ito, Bioorg. Med. Lett. 6, 2049 (1996). Obecnie w przemyśle stosowane są trzy metody otrzymywania witaminy A i kwasu retinowego (Hoffmann-La-Roche, BASF i Rhone Poulenc). Oprócz retinolu i kwasu retinowego przemysłowo syntezowane są także dwa inne retinoidy (kwas 13-Z-retinowy, etretinat), 8 - -apokarotenal oraz cztery karotenoidy. Przegląd stosowanych przemysłowo metod został przedstawiony przez J. Pausta w artykule opublikowanym w 1991 roku (J. Paust, Pure Appl. Chem. 63,45-58 (1991)). Większość opisanych metod syntezy retinoidów zakłada użycie drogich lub/i toksycznych odczynników (np. sodu w ciekłym amoniaku, butylolitu, wodorków metali bromku fosforu(iii), chlorku fosforylu, pirydyny, kompleksów palladu, katalizatorów uwodornienia). Ponadto przygotowanie substratów do sprzęgania wymaga kilkuetapowych syntez i oczyszczania półproduktów. W niektórych z tych metod produkt końcowy otrzymywany jest w postaci mieszaniny izomerów geometrycznych,

3 PL B1 3 które muszą zostać rozdzielone lub poddane kontrolowanej izomeryzacji. To wszystko powoduje, że synteza nowych pochodnych kwasu retinowego opisanymi metodami jest długa i pracochłonna. Ze względu na duże znaczenie praktyczne retinoidów uzasadnione jest opracowanie bezpośredniego sposobu otrzymywania tych związków, zwłaszcza nowych analogów do badań strukturalnych i biologicznych. Okazało się, że proces otrzymywania estrowych pochodnych kwasów retinowego (wzór 1), -12 -apokarotenowego (wzór 2) i β-13-apokarotenowego (wzór 3) można uprościć i skrócić stosując reakcje metatezy krzyżowej β-karotenu (wzór 4) z odpowiednio dobranymi partnerami olefinowymi (wzór 5). Dodatkową zaletą tej metody jest to, że reakcje zachodzą stereoselektywnie z utworzeniem produktów o konfiguracji E (all trans). Metatetyczne cięcie symetrycznego β-karotenu, posiadającego jedenaście wiązań podwójnych przebiega preferencyjnie na dwóch wiązaniach, a mianowicie C11-C12 oraz C15-C15. Przez odpowiedni dobór warunków reakcji i partnera dienowego można kontrolować przebieg reakcji. Na przykład wydłużenie czasu reakcji powoduje powstanie w przewadze produktu cięcia C11-C12 w cząsteczce β-karotenu. Podobnie wpływa na przebieg reakcji wzrost stężenia substratów. Reakcje metatezy β-karotenu należy prowadzić w obecności dostępnych handlowo rutenowych katalizatorów drugiej

4 4 PL B1 generacji, takich jak katalizator Grubbsa II lub katalizator Hoveydy II (wzory 6 i 7), w ilości nie mniejszej niż 7,5% Mol, przy czym 15% Mol wydaje się być ilością; optymalną. Korzystniejsze rezultaty daje zastosowanie kompleksu Hoveydy II, ponadto kompleks ten jest trwały i może być odzyskany po reakcji i użyty ponownie, co zmniejsza znacząco koszt syntezy. Odpowiedni ester kwasu dienowego powinien być użyty w co najmniej czterokrotnym nadmiarze w stosunku do β-karotenu. Reakcje należy prowadzić w bezwodnych niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak węglowodory aromatyczne, toluen, benzen, ksylen w temperaturze pokojowej, w atmosferze gazu obojętnego (azot, argon), bez dostępu światła. Sposób otrzymywania estrów kwasu retinowego i ich analogów będący przedmiotem wynalazku ilustrują następujące przykłady. P r z y k ł a d 1 Otrzymywanie retinianu etylu w reakcji metatezy krzyżowej β-karoteni z (2E,4E/Z)-3-metyloheksa-2,4-dienianem etylu Do umieszczonego w kolbie typu Schlenk roztworu β-karotenu (0,026 g, 4,84x10-5 mola i katalizatora Hoveydy II (15% Mol, 0,0045 g) w osuszonym toluenie (0,5 ml), dodano kroplami 0,028 ml (0,03 g, 1,95x10-4 mola) (2E,4E/Z)-3-metyloheksa-2,4-dienianu etylu (mieszanina izomerów 2E,4Z i 2E,4E w stosunku 3 : 5; M. J. Aurell, I. Carne, J. E. Clar, S. Gil, R. Mestres, M. Parra, A. Tortajada, Tetrahedron 49, 6089 (1993)). Reakcję mieszano w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu, bez dostępu światła przez 96 godzin. Retinian etylu (0,0099 g) wyizolowano z mieszaniny reakcyjnej za pomocą HPLC (kolumna semipreparatywna SMT - Silica (5 μm) 1,0 x 25 cm, układ eluujący heksan : octan etylu (98,5 : 1,5), metoda izokratyczna, przepływ: 3,4 ml/min., detekcja UV przy λ = 340 nm). W reakcji obok retinianu etylu, powstaje ester etylowy kwasu -12 -apokarotenowego (0,0057 g). Retinian etylu; (2E,4E,6E,8E)-3,7-dimetylo-9-(2,6,6-trimetylocykloheks-1-enylo)nona-2,4,6,8- -tetraenian etylu; 1 H PLC t r = 12,26 min; UV/VIS (dichlorometan) max ( ) = 365 nm (42700); IR (CHCl 3 ) v = 1698, 1608, 1582, 1265, 1241, 1154, 969 cm -1 ; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, 25 C TMS), δ = 7,01 (dd, 3 J (H,H) = 12,0, 16,0 Hz, 1H), 6,30 (d, 3 J = 12,0 Ηz, 1Η), 6,29 (d, 3 J = 16,( Hz, 1H), 6,16 (d, 3 J = 12,0 Hz, 1H), 6,15 (d, 3 J (H,H) = 16,0 1H), 5,78 (s, 1H), 4,18 (q, 3 J (H,H) = 7,1 Hz, 2H), 2,36 (s, 3H), 2,01 (s, 3H), 1,72 (s, 3H), 1,30 (t, 3 J (H,H) = 7,1 Hz, 3H), 1,04 ppm (s 6H); 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3, 25 C, TMS), δ = 167,2 (C), 152,7 (C), 139,5 (C), 137,7 (C) 137,5 (CH), 135,2 (CH), 130,9 (CH), 130,0 (CH), 129,5 (CH), 128,6 (CH), 118,6 (CH), 59,6 (CH 2 ), 39,6 (CH 2 ), 34,3 (C), 33,1 (CH 2 ), 29,0 (2 x CH 3 ), 21,7 (CH 3 ), 19,2 (CH 2 ), 14,4 (CH 3 ) 13,8 (CH 3 ), 12,9 ppm (CH 3 ); MS (70 ev): m/z (%): 328 (100) [M + ], 313 (17), 255 (50); C 22 H 32 O 2 : obliczono: 328,2402, znaleziono: 328,2408. P r z y k ł a d 2 Otrzymywanie estru etylowego kwasu -12 -apokarotenowego w reakcji metatezy krzyżowej β-karotenu z (2E,4E/Z)-3-metyloheksa-2,4-dienianem etylu Do umieszczonego w kolbie typu Schlenk roztworu β-karotenu (0,026 g, 4,84x10-4 mola i katalizatora Hoveydy II (15% Mol, 0,0045 g) w osuszonym toluenie (2 ml), dodano kroplami 0,028 ml (0,03 g, 1,95x10-4 mola) (2E,4E/Z)-3-metyloheksa-2,4-dienianu etylu (mieszanina izomerów 2E,4Z i 2E,4E w stosunku 3 : 5; M. J. Aurell, I. Carne, J. E. Clar, S. Gil, R. Mestres. M. Parra, A. Tortajada, Tetrahedron 49, 6089 (1993)). Reakcje mieszano w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu, bez dostępu światła przez 72 godziny. Ester etylowy kwasu β-12 -apokarotenowego (0,0244 g) wyizolowano

5 PL B1 5 z mieszaniny reakcyjnej za pomocą HPLC (kolumna semipreparatywna SMT - Silica (5 μm) 1,0 x 25 cm, układ eluujący heksan : octan etylu (98,5 : 1,5), metoda izokratyczna, przepływ: 3,4 ml/min., detekcja UV przy = 340 nm). W reakcji obok estru etylowego kwasu β-12 -apokarotenowego, powstaje retinian etylu (0,0095 g). Ester etylowy kwasu -12 -apokarotenowego; (2E,4E,6E,8E,10E,12E)-3,7,11-trimetylo-13- -(2,6,6-trimetylocyklo-heks-1-enylo)trideka-2,4,6,8,10,12-heksaenian etylu) (0,0244 g) HPLC t r = 15,49 min; UV/VIS (dichlorometan) max (ε) = 406 nm (242100); IR (CHCl 3 ) v= 1698, 1606, 1554, 1243, 1155, 967 cm -1 ; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, 25 C, TMS), = 7,00 (dd, 3 J (H,H) =11,5, 15,0 Hz, 1H), 6,75 (dd, 3 J (H,H) = 11,4, 15,0 Hz, 1H), 6,36 (d, 3 J (H,H) = 15,0 Hz, 1H), 6,32 (d, 3 J (H,H) = 15,0 Hz, 1H), 6,18 (m, 4H), 5,79 (s, 1H), 4,18 (q, 3 J (H,H) = 7,1 Hz, 2H), 2,3 (s, 3H), 2,03 (s, 3H), 1,99 (s, 3H), 1,72 (s, 3H), 1,30 (t, 3 J (H,H) = 7,1 Hz, 3H), 1,04 ppm (s 6H;); 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3, 25 C, TMS), δ = 167,2 (C), 152,6 (C), 139,6 (C), 137,9 (C) 137,6 (CH), 137,1 (C), 136,7 (CH), 135,7 (CH), 130,9 (CH), 130,8 (CH), 130,4 (CH), 129,6 (C) 127,3 (CH), 126,5 (CH), 118,9 (CH), 59,7 (CH 2 ), 39,4 (CH 2 ), 34,3 (C), 33,1 (CH 2 ), 29,0 (2 x CH 3 ), 21,8 (CH 3 ), 19,3 (CH 2 ), 14,4 (CH 3 ), 13,8 (CH 3 ), 13,0 (CH 3 ), 12,8 ppm (CH 3 ); MS (70 ev): m/z (%): 394 (2) [M + ], 350 (100), 335 (6); C 27 H 38 SO 2: obliczono: 394,2866, znaleziono 394,2849. P r z y k ł a d 3 Otrzymywanie estru metylowego kwasu β-13-apokarotenowego w reakcji metatezy krzyżowej β-karotenu z (2E,4E)-heksa-2,4-dienianem metylu (sorbianem metylu) Do umieszczonego w kolbie typu Schlenk roztworu β-karotenu (0,026 g, 4,84x10-5 mola i katalizatora Hoveydy II (15% Mol, 0,0045 g) w osuszonym toluenie (0,5 ml) dodano kroplami 0,025 ml (0,024 g, 1,94x10-4 mola) sorbianu metylu. Reakcję mieszano w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu, bez dostępu światła przez 96 godzin. Ester metylowy kwasu β-13-apokarotenowego (0,005 g) wyizolowano z mieszaniny reakcyjnej za pomocą chromatografii kolumnowej eluując mieszaniną heksan : octan etylu (99 : 1). W reakcji obok estru metylowego kwasu β-13-apokarotenowego, powstaje ester metylowy kwasu 13-demetyloretinowego (0,0015 g). Ester metylowy kwasu β-13-apokarotenowego, (2E,4E,6E)-5-metylo-7-(2,6,6-trimetylocykloheks-1-enylo)hepta-2,4,6-trienian metylu) (0,005 g); UV/VIS (dichlorometan) max (ε) = 334 nm (17500); IR (CHCl 3 ) v = 1701, 1598, cm -1 ; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, 25 C, TMS), δ = 7,73 (dd, 3 J (H,H) = 11,8, 15,0 Hz, 1H), 6,41 (d, 3 J (H,H) = 15,7 Hz, 1H), 6,16 (d, 3 J (H,H) = 15,7 Hz, 2H), 5,88 (d, 3 J (H,H) = 15,0 Hz, 1H), 3,76 (s, 3H), 2,05 (s, 3H), 1,72 (s, 3H), 1,04 ppm (s, 6H;); 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3, 25 C, TMS), δ = 167,9 (C), 144,5 (C), 140,9 (CH), 137,5 (C), 136,7 (CH), 130,9 (CH), 130,7 (C), 127,2 (CH), 119,5 (CH), 51,4 (CH 3 ), 39,6 (CH 2 ), 34,3 (C), 33,1 (CH 2 ), 28,9 (2 x CH 3 ), 21,7 (CH 3 ), 19,2 (CH 2 ), 13,0 ppm (CH 3 ); MS (70 ev): m/z (%): 374 (83) [M + ], 259 (50), 227 (49), 91 (100); C 18 H 26 O 2: obliczono: 274,19433, znaleziono: 274,1945. Zastrzeżenie patentowe Sposób otrzymywania estrów kwasów retinowego (wzór 1), -12 -apokarotenowego (wzór 2) i β-13-apokarotenowego (wzór 3), znamienny tym, że β-karoten o wzorze 4 poddaje się reakcji metatezy krzyżowej z odpowiednim estrem kwasu dienowego o wzorze 5 w obecności rutenowych katalizatorów drugiej generacji (katalizator Grubbsa II lub katalizator Hoveydy II; wzór 6 i 7) w suszonych rozpuszczalnikach niepolarnych (toluen, benzen) w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu, bez dostępu światła.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)