Синтез и биологическая активность новых функционализированных фторсодержащих производных гексагидропиримидина и 1,2,3,4-тетрагидропиридина

В литературном обзоре (глава 1) представлены основные методы синтеза
1,2,3,4-тетрагидропиридинов и фторированных гексагидропиримидинов, рассмотрена
их биологическая активность.
В обсуждении результатов (глава 2) описаны результаты проведенных
исследований.
В третьей главе (экспериментальная часть) приведены методики синтеза и
физико-химические характеристики образующихся соединений.
1. Синтез фторсодержащих производных гексагидропиримидина
1.1 Реакция трифторметильных производных 1,3-дикарбонильных
соединений с формальдегидом и эфирами аминокислот
В литературе описан синтез фторированнных гексагидропиримидин-2-
онов(тионов) по реакции Биджинелли из различных фторированных дикарбонильных
соединений, альдегида и мочевины или тиомочевины. Однако сведения о синтезе
фторированных гексагидропиримидинов, не содержащих во 2 положении
карбонильной группы или тиогруппы, по реакции Манниха отсутствуют.
В данной работе изучено взаимодействие трифторсодержащих 1,3-
дикарбонильных соединений 1а-c с водным раствором формальдегида и
гидрохлоридами эфиров природных аминокислот 3a-e,g по типу реакции Манниха.
Использование условий реакции, эффективных для нефторированных 1,3-
дикарбонильныхсоединений1,неприводитктетразамещенным
Latypova, D.R. et al. // Russ. J. Org. Chem. – 2013. – V. 49. – P. 843-848.
гексагидропиримидинам из-за легкого элиминирования группы CF3CO. Исследуя
различныеусловия,мыобнаружили,что1,3,5,5-тетразамещенный
гексагидропиримидин наиболее успешно образуется при комнатной температуре при
мольном соотношении реагентов 1: 15: 2 (или 1: 4: 2 для кетонов 1b и 1c) в ацетатном
буфере (pH 5.9).
Изучение влияния природы исходных реагентов на направление реакции
показало, что аминный компонент значительно влияет на сохранение
трифторацетильной группы в 5 положении гетероцикла (Таблица 1). Взаимодействие
этил 3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата (1a) с формальдегидом и гидрохлоридом эфира
глицина (3a) или эфира (S)-аланина (3b) приводит к образованию
гексагидропиримидинов 4a или (–)-4b, не содержащих трифторацетильную группу
(Схема 1). Реакцией 1a с формальдегидом и стерически более затрудненными
эфирами аминокислот, такими как (S)-валин 3c и (S)-лейцин 3d, получены
гексагидропиримидины (–)-5c и (–)-5d с сохранением группы CF3CO. Эфир (S)-
фенилаланина 3e селективно превращается во фторированный гексагидропиримидин
(–)-5е.
Реакция 1,1,1-трифторпентан-2,4-диона (1b) с формальдегидом и эфиром
глицина 3а дает 1,3,5-замещенный гексагидропиримидин 4f. Изменение мольного
соотношения 1b : CH2O : 3a с 1: 15: 2 на 1: 4: 2 позволяет синтезировать
фторсодержащий гексагидропиримидин 5f. Однако, реакция дикетона 1b с
формальдегидом и эфиром (S)-тирозина (3g) в тех же условиях приводит только к
дезацилированному продукту (–)-4g.
OOO
R1
H
OR3R1F3CR1
H
AcONa/AcOH
CH2OHH+HH
OH2N
CO2RpH 5.9,R2O2CNNR3R2O2CNNR3
o
F3CHCl20-25 C, 24 ч33
RR2O2CRR2O2C
1a,b3a-g
4a-d,f,g5c-f

Схема 1

Таблица 1 – Синтез гексагидропиримидинов 4 и 5.
CH-ЭфирВыход, %
кислR1
амино-R 2
R3

отакислоты45

11аOEt3aEtH4a (62)–
21aOEt(–)-3bMeMe(–)-4b(56)–
31aOEt(–)-3cMeCHMe2(–)-4c (10)(–)-5c (48)
41aOEt(–)-3dMeCH2CHMe2(–)-4d (26)(–)-5d (40)
51aOEt(–)-3eEtCH2Ph–(–)-5e (46)
61bCH33aEtH4f (42)–
а
71bCH33aEtH–5f (70)
а
81bCH3(–)-3gEtCH2C6H4OH-4(–)-4g (46)–
а
Мольное соотношение1а :СН2О : 3 = 1 : 4 : 2.
Следует отметить, что при проведение реакций этил 3-оксо-4,4,4-
трифторбутаноата (1a) в мольном соотношении 1 : 4 : 2 мы наблюдаем тот же состав
продуктов 4 и 5 (Таблица 1), но с более низкими выходами.
Чтобы установить отсутствие эпимеризации стереогенных центров
аминокислот и доказать образование одного энантиомера, мы провели реакцию 1а с
рацемическим эфиром лейцина 3d. В этом случае, согласно данным ЯМР-спектров и
«хирального» ВЭЖХ-анализа, соединение 5d образуется в виде четырех
стереоизомеров (Рисунок 1). В то же время соединение (–)-5d, полученное из (S)-
лейцина 3d, представляет собой один чистый (S,S)-энантиомер.

Рисунок 1 – Четыре стереоизомера соединения 5d и данные «хирального» ВЭЖХ-
анализа смеси стереоизомеров и энантиочистого соединения.

Реакцией 1,1,1,5,5,5-гексафторпентан-2,4-диона (1с) с CH2O и эфиром глицина
3а при мольном соотношении 1 : 15 : 2 получены гексагидропиримидины 4h и 6 с
общим выходом 30% в соотношении 1 : 1 (Схема 2, Таблица 2). В продуктах реакции
остается только одна трифторацетильная группа или ее гидратная форма.
Уменьшение количества формальдегида (мольное соотношение 1: 4: 2) приводит к
гексагидропиримидину 6 с незначительным увеличением выхода до 18%. В
аналогичных условиях эфир (S)-тирозина 3g дает гексагидропиримидин 4i с выходом
45%. Реакция тирозина с 1с и 15-кратным избытком формальдегида не приводит к
целевым продуктам.
Необходимо отметить, что согласно литературным данным2 возможность
взаимодействия 1,3-дикетонов, содержащих две трифторметильные группы, в
условиях реакции Манниха отрицалась из-за образования стабильных тетраолов или
бис-гемикеталей в спиртовой или водной средах.

Burgart, Ya. V. et al. // Russ. J. Org. Chem. – 2001. – Vol. 37. – P. 869-880.
O
F3CHOOH
HH
O2CF3
RHF3C
AcONa/AcOH
CH2OHH
+
H2NCO2EtpH 5.9,EtO2CNNEtO2CNNCO2Et
O
HCl20-25oC, 24 чR
F3C2
REtO2C
1c3a,g4h-i6
Схема 2

Таблица 2 – Синтез фторированных гексагидропиримидинов 4 и 6.
Мольное
соотношение 1c :R2Выход, %
CH2O : 3
11 : 15 : 2H4h (15)6 (15)
21: 4: 2H–6 (18)
31: 4: 2CH2C6H4OH-44i (45)–
41 : 15 : 2CH2C6H4OH-4−–

Совершенно неожиданный результат мы получили при проведении реакции 1a
с формальдегидом и эфиром (S)–тирозина 3g. В результате впервые в условиях
реакции Манниха получена хиральная соль трифторацетата тетрагидропиримидиния
8а с выходом 63% (Схема 3).

O
F3CHO
H
OEt
OOH
AcONa/AcOH
CH2OHHH
pH 5.9,EtO2CNN
OH2NCO2Et20-25oC, 24 ч
EtOHClEtO2C
1a3gCF3CO2
HO
8a
Схема 3

Образование тетрагидропиримидиновой части предполагает, что имеет место
окислительно-восстановительный процесс, когда одна из молекул формальдегида
действует как окислитель и превращается в метанол. В литературе отсутствуют
данные об одностадийных способах синтеза таких структур из простых линейных
исходных соединений.
Спектры 2D 1H, 19F HOESY в растворе CDCl3 демонстрируют гетероядерные
NOE-связи 1H-19F между группой CF3 и протонами ароматических колец, показывая,
что они довольно близки в пространстве (Рисунок 2).
Рисунок 2 – ЯМР спектры 2D1H, 19FHOESY соединения 8а в CDCl3.

В низкополярных растворителях (CDCl3) соединение 8а образует стабильные
ассоциаты, которые сильно влияют на спектры ЯМР (Рисунок 3a,b). Из-за
образования ассоциатов коэффициент диффузии в растворе значительно уменьшается
(Рисунок 3a, логарифм коэффициента диффузии изменяется от -9.03 в CD3CN
(оранжевый) до -9.37 в CDCl3 (фиолетовый)). Вероятно, ассоциаты образуются за счет
межмолекулярного взаимодействия анионов трифторацетата с катионами, которые
связывают их в длинную цепь. В более полярных растворителях (CD3CN) ассоциаты
разлагаются. В спектрах ЯМР знак NOE становится положительным, а коэффициент
диффузии значительно возрастает (Рисунок 3а,c).

аbc

Рисунок 3 – а: два наложенных 2D1HLED-DOSY ЯМР спектра соли 8а в CDCl3
(фиолетовый) и CD3CN (оранжевый); b и c: 2D1H, 1HNOESY ЯМР спектры соли 8а в
CDCl3 (b) и CD3CN (с); кросс-пики показывают знак NOE эффекта (зеленый –
положительный, синий – отрицательный); в CDCl3 все кросс-пики имеют
отрицательный знак (ненормально для низкой молекулярной массы соединения),
который свидетельствует о формировании ассоциатов.
Добавление всего нескольких капель CD3CN к раствору в CDCl3 приводит к
разложению ассоциатов. Это, по-видимому, связано со стабилизацией ионных пар
молекулами полярного растворителя за счет образования сольватной оболочки.
Таким образом, изучено взаимодействие фторсодержащих 1,3-дикарбонильных
соединений с формальдегидом и эфирами аминокислот в условиях реакции Манниха.
Получены новые производные гексагидропиримидина, в том числе с
трифторацетильной группой в положении 5 гетероцикла. Предложен однореакторный
метод синтеза новой хиральной тетрагидропиримидиниевой соли, основанный на
реакции этил-3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата с формальдегидом и эфиром (S)-
тирозина.

1.2 Реакция дифторметильных производных 1,3-дикарбонильных
соединений с формальдегидом и эфирами аминокислот

С целью расширения круга биологически активных фторсодержащих
гексагидропиримидинов изучена реакция дифторсодержащих 1,3-дикарбонильных
соединений 2а-c с водным раствором формальдегида и гидрохлоридами эфиров
аминокислот 3a-g. Реакцию проводили при комнатной температуре при мольном
соотношении реагентов 1 : 15 : 2 (или 1 : 4 : 2 для кетонов 2b и 2c) в ацетатном
буфере (pH 5.9).
Также как и в случае с трифторсодержащими 1,3-дикарбонильными
соединениями наблюдается влияние аминной компоненты на ход реакции. Так,
реакция этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноата (2а) с формальдегидом и эфиром глицина
3a или (S)-аланина (3b) приводит к получению гексагидропиримидинов 4a или (–)-4b,
не содержащих дифторацетильную группу (Схема 4, Таблица 3).
Использование эфиров (S)-валина 3c, (S)-лейцина 3d, (R)-лейцина 3d в данной
реакции приводит к гексагидропиримидинам (–)-7с,d, (+)-7d, содержащих группу
CНF2CO. Взаимодействие эфира (S)-фенилаланина 3e и (R)-фенилаланина 3f с 2а и
формальдегидомпротекаетселективнос образованиемфторированных
гексагидропиримидинов (–)-7e и (+)-7f.
В отличие от этил 3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата (1а), который реагировал с
эфиром (S)-тирозина (3g) и формальдегидом с образованием соли трифторацетата
тетрагидропиримидиния 8а, реакция этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноата (2а) с эфиром
(S)-тирозина приводит к гексагидропиримидину (–)-7g с сохранением
дифторацетильной группы.
При переходе к 1,1-дифтор- (2b) и 1,1,5,5-тетрафторпентан-2,4-дионам (2c),
также как и в случае аналогичных CF3-содержащих пентан-2,4-дионов (1b,c),
наблюдается снижение выходов гексагидропиримидинов, что, по-видимому, связано
с низкой реакционной способностью кетонов. Так, взаимодействие 2b с
формальдегидом и эфиром глицина 3a дает 1,3,5-замещенный гексагидропиримидин
4f. Аналогично протекает реакция 2с с формальдегидом и эфиром глицина 3а c
образованиемгексагидропиримидина4j,содержащеготолькоодну
дифторацетильную группу.
OOO
R1
H
OR3R1F2HCR1
CH2OAcONa/AcOH+
OH2NCO2R
pH 5.9R2O2CNNR3R2O2CNNR3
o
HCl20-25 C, 24 ч
F2HC33
RR2O2CRR2O2C
2a-c3a-g
4a-d,f,j,5g7c-g
Схема 4

Таблица 3 – Синтез гексагидропиримидинов 4, 5 и 7.
ЭфирВыход, %
CH-амино-
R1R2R3
кислотакислот47
ы
12аOEt3aEtH4a (71)–
22aOEt(–)-3bMeMe(–)-4b(65)–
32aOEt(–)-3cMeCHMe2(–)-4c (5)(–)-7c (50)
42aOEt(–)-3dMeCH2CHMe2(–)-4d (16)(–)-7d (41)
52aOEt(+)-3dMeCH2CHMe2(+)-4d (11)(+)-7d (38)
62aOEt(–)-3eEtCH2Ph–(–)-7e (45)
72aOEt(+)-3fMeCH2Ph–(+)-7f (44)
82aOEt(–)-3gEtCH2C6H4OH-4(–)-5g (12)(–)-7g (57)
92bMe3аEtH4f (28)–

102сCHF23aEtH4j (20)‒

Вероятно, соединения структуры 4 образуются в результате отщепления ди-
или трифторацетильной группы по механизму ретроальдольного распада на стадии
формирования структуры.
Для соединений 4 сигналы аксиальных протонов в группах Н2С4 и Н2С6
проявляются в виде дублета дублетов в области 2.75-2.88 м.д., 2J ~ 12.5 Гц, 3J ~ 10.8
Гц, что указывает на транс-диаксиальное расположение с протоном группы НС5,
который проявляется в виде триплета триплетов в области 2.86-3.05 м.д., 3J ~ 10.8 Гц,
J ~ 4.2 Гц (Рисунок 4).
тт 2.86-3.05
H J 10.8 Гц, 3J 4.2 Гц
O
NH
6R1
3NHH
H
HH
дд 2.75-2.88
J 12.5 Гц, 3J 10.8 Гц
Рисунок 4 – Транс-диаксиальное расположение протонов в группах Н2С4 и Н2С6
для соединений 4

Такимобразом,изученовзаимодействиедифторсодержащих 1,3-
дикарбонильных соединений с формальдегидом и эфирами аминокислот по типу
реакции Манниха. Показано, что аминный компонент значительно влияет на
сохранение дифторацетильной группы в 5 положении гетероцикла.

2. Синтез новых производных 1,2,3,4-тетрагидропиридина
2.1 Синтез 1,1′-(1,n-алкандиил)-бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов)

В литературе широко представлены способы синтеза моноядерных
производных 1,2,3,6- и 1,2,3,4-тетрагидропиридина, но сведения о синтезе 1,1′-(1,n-
алкандиил)-бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов) отсутствуют. Одним из подходов к
решению данной задачи является применение первичных α,ω-диаминов в реакции
циклоконденсации с СН-кислотами и альдегидами.
Ацетилацетон (9а) и ацетоуксусный эфир (9b) реагируют с водным раствором
формальдегида и α,ω-диаминами 10a-с при мольном соотношении 9 : CH2O : 10 = 4 : 4
: 1 в среде ДМФА в течение 7 ч при 50°С с образованием 1,1′-(1,n-алкандиил)-
бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов) 11a-f с выходами 28-69% (Таблица 4). При
взаимодействии ацетоуксусного эфира (9b) с формальдегидом и 1,2-диаминоэтаном
(10a) наряду с соединением 11d выделен гетероцикл 12 с выходом 32% (Схема 5).
Изменение мольного соотношения 9b : СН2О : 10a с 4 : 4 : 1 на 2 : 2 : 1 и повышение
температуры (100°С) приводит к уменьшению выхода бистетрагидропиридина 11d
(15%) и увеличению выхода продукта 12 (74%).
OO
OO
OO
EtOMe
R15
Me
MeR1OEt
R1EtO2CCO2Et
6 1 29a,bN
MeO
MeNO++Me
CH2On=2OMeN
nMeNN
MeNO+
R1= OEt
‘
6′ 1 2’OEt
1R1NH2(CH2)nNH2EtOMe
R5’3’Me12
4’10a-c
OO
OO
11a-c,e,f11d

Схема 5
Таблица 4 – Синтез 1,1′-(1,n-алкандиил)-бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов) 11a-f
СН-кислотаR1ДиаминnВыход, %
19aMe10a211a (28)
29aMe10b311b(62)
39aMe10c511c(69)
49bOEt10a211d (30)
59bOEt10b311e (42)
69bOEt10c511f (54)

В спектре ЯМР 13С соединения 11d наблюдается удвоение большинства
сигналов, что говорит о наличии двух диастереомерных бициклических структур.
Метиленовые протоны этилендиаминового фрагмента дают синглет при 3.37 м.д. и
два дублета при 3.28 и 3.43 м.д., относящихся соответственно к рацемической смеси
(рац-форма) (3R*,3’R*/3S*,3’S*) и мезо-форме (3S*,3’R*/3R*,3’S*), которые
образуются в соотношении 47:53. Для соединения 11е в спектре ЯМР 13С удвоения
сигналов атомов углерода не наблюдается.
Однако моделирование сложного мультиплетного сигнала протонов NCH2-
групп пропилендиаминового фрагмента в спектре ПМР подтвердило, что данное
соединение также образуется в виде смеси диастереомеров. Для рац-формы мы видим
триплет с КССВ 7,5 Гц, а для мезо-формы два квартета с геминальной и вицинальной
КССВ 7,5 Гц при 3,27 и 3,28 м.д. (∆δ=0,01 м.д.). Для соединения 11f удвоения
сигналов в спектрах ЯМР 1Н и 13С не происходит.
С учетом литературных данных мы предполагаем следующий механизм
образования бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов) 11 и гетероцикла 12 (Схема 6). На
первой стадии последовательные реакции конденсации двух молекул 1,3-дикетона с
молекулой формальдегида приводят к соединению А. С-нуклеофильное
присоединение имина к интермедиату А и внутримолекулярная гетероциклизации с
последующим отщеплением воды приводит к образованию бис(1,2,3,4-
тетрагидропиридинов). Нуклеофильное взаимодействие 1,2-диаминоэтана (10a) с
карбонильнойгруппойсоединенияА,дегидратация,гетероциклизация,
нуклеофильное присоединение по реакции Михаэля аминогруппы к активированной
связи С=С 1,4-дигидропиридина В приводит к бициклическому тетрагидропиридину
12.
С целью получения 1,4-дигидропиридинов и доказательства формирования
гетероцикла 12 по механизму реакции Ганча проведены реакции ацетилацетона 9а и
ацетоуксусного эфира 9b с формальдегидом и первичными аминами 13a-d в среде
ДМФА при 100°С при мольном соотношении 9 : CH2O : 13 = 2 : 2 : 1 (Схема 7).
В результате получены 1,2,3,4-тетрагидропиридины 14a-g c выходами 73-89%
(Таблица 5). Дигидропиридины в реакционной массе обнаружены не были и их
образование при использовании 1,2-диаминоэтана (10a), вероятно, обусловлено более
высокой реакционной способностью последнего на стадии взаимодействия с
карбонильной группой соединения А по сравнению с 1,3-диаминопропаном (10b),
1,5-диаминопентаном (10c).
OO
OO
OOMeR1
+CH2OMeR1
MeR1- H2O

OOOO

R1R1R1R1
NH2R2
OH
MeMeMeMe
O ONHR2O
A

R2N CH2- H2O

OOR1OO
Me
R1R1R1

CH2 O
MeMeMe
ONHNHR2O
R2

– H2O- H2 O

OOOO

R1R1R1R1
Me
MeNOMeNMe
RRR1 = OEt
11BR2 = CH2CH2NH2
Схема 6

OO
OOR1Me
ДМФА
1 +CH2O+
R NH2R1
MeRo
100 C, 7ч.MeNO
9a,b13a-e
R2
14a-h
Схема 7

Проведение реакции с п-фенилендиамином 13е в мольном соотношении 9а :
СН2О : 13е = 4 : 4 : 1 приводит к образованию тетрагидропиридина 14h с выходом
25%.
Таблица 5 – Синтез 1,2,3,4-тетрагидропиридинов 14a-h
R1R2Выход, %
1MeMe14a(89)
2Mei-Pr14b(83)
3MeBu14c(73)
4OEtMe14d(86)
5OEti-Pr14e(85)
6OEtBu14f(78)
7OEt(CH2)3N(Me)214g (80)
а
8OEt4-H2NC6H414h(25)
а
Условия реакции: мольное соотношение 9 :CH2O :
13е = 4 : 4 : 1, 50°С, 7 ч.

Таким образом, впервые разработан однореакторный метод синтеза 1,1′-(1,n-
алкандиил)-бис(1,2,3,4-тетрагидропиридинов) на основе взаимодействия 1,3-
дикарбонильных соединений с водным раствором формальдегида и α,ω-диаминами.

2.2 Синтез фторсодержащих 1,2,3,4-тетрагидропиридинов

Реакция этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноата с формальдегидом и
гидрохлоридами первичных аминов. C целью введения фторсодержащих
заместителей в структуру 1,2,3,4-тетрагидропиридина изучено взаимодействие этил
3-оксо-4,4-дифторбутаноата (2a) с водным раствором формальдегида и
гидрохлоридами первичных аминов или эфиров аминокислот.
Так, реакция 2a с формальдегидом и гидрохлоридами аминов 15a-d в
ацетатном буфере (pH 5.9) при комнатной температуре и мольном соотношении 2a :
СН2О : амин = 2 : 2 : 1 приводит к образованию тетрагидропиридинов 16a-d с
выходами 25-42% и гексагидропиримидинов 17а-d с выходами 10-19% (Схема 8,
Таблица 6). Реакция 2a с СН2О и эфиром глицина 3a дает тетрагидропиридин 16е
(27%) и гексагидропиримидин 4а (15%).
Следует отметить, что проведение данной реакции в условиях, предложенных
для нефторированных 1,3-дикарбонильных соединений (ДМФА, 100оС, 7ч), не
приводит к образованию целевого продукта.

CO2Et
CO2Et
OOEtO2C
CHF2
AcOH/AcONa
+CH2O + RNH2 HCl+
F2HCOEtpH 5.9NN
F2HCNORR
2a3a,15a-dR
16a-e4a,17a-d

Схема 8
Таблица 6 – Синтез 1,2,3,4-тетрагидропиридинов 16a-е
RВыход, %
1Me16a(42)17a (11)
2i-Pr16b(25)17b (19)
3Bu16c(38)17c (12)
4Bn16d(26)17d (10)
5СH2CO2Et16e (27)4a (15)

Проведение реакции 2а с формальдегидом и эфиром глицина 3а в ацетатном
буфере (рН 4) при добавлении NaCl (10% мол) приводит к увеличению выхода
тетрагидропиридина 16е до 79%, при этом выход гексагидропиримидина 4а
уменьшается до 6%. Увеличение количества NaCl (NaCl : амин = 1 : 1) дает
селективно тетрагидропиридин 16е с выходом 90% (Схема 9, Таблица 7).
Таким образом, изменение мольного соотношения на 2 : 2 : 1 и использование
ацетатного буфера (рН 4) сдвигает реакцию в сторону образования 1,2,3,4-
тетрагидропиридина через промежуточный продукт типа А (Схема 6). Добавление
эквимольного количества NaCl по отношению к гидрохлориду эфира аминокислоты
или амина приводит к увеличению ионной силы раствора и скорости реакции3.
Используя подобранные условия (мольное соотношение 2a : СН2О : амин = 2 : 2
: 1, ацетатный буфер (pH 4), NaCl (NaCl : амин = 1 : 1)), синтезированы 1,2,3,4-
тетрагидропиридины 16а-d с выходами 48-77% (Схема 9, Таблица 7).

CO2Et
OOEtO2C
CHF2
+CH2O + RNH2 HClAcOH/AcONa
F2HCOEtpH 4
F2HCNO
NaCl (NaCl : амин = 1 : 1)
2a3a,15a-dR
16a-e
Схема 9

Таблица 7 – Синтез 1,2,3,4-тетрагидропиридинов 16a-е
RВыход, %
1Me16a (56)
2i-Pr16b (48)
3Bu16c(54)
4Bn16d (77)
5СH2CO2Et16е (90)

Реакция этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноата 2a с формальдегидом и
гидрохлоридом 4-аминофенола 15e протекает нестандартно: наряду с
тетрагидропиридином 16f (47%) образуется соль тетрагидропиримидиния 8b (10%)
(Схема 10).
Cummings, T. F. et al. // J. Org. Chem. – 1960. – V. 25. – P. 419-423.
O
OHCO2EtH
F2HCEtO2COEt
OCHF2
CH2O+
AcOH/AcONaNN
++
pH 4F2HCNO
O
OEtH2N HClHOCHF2CO2OH
2a15e8b
Выход, %
OH16f 8b
без NaCl47 10
16f
NaCl : амин = 1 : 1 498
Схема 10

С целью селективного получения солей тетрагидропиридиния проведены
реакции 1a и 2а с формальдегидом и гидрохлоридом 4-аминофенола 15е в ацетатном
буфере (pH 5.9), в мольном соотношении 1а/2a : СН2О : амин = 1 : 15 : 2 (Схема 11). В
результате выделены соли тетрагидропиримидиния 8b и 8с с выходами 76 и 49%
соответственно. По-видимому, наличие гидроксильной группы в молекуле
ароматического амина существенным образом сказывается на направлении реакции.
O
H
OOOEt
AcONa/AcOH
+CH2O+H2NOH
RFOEtHClpH 5.9,NN
20-25oC, 24 ч
1a,2a15e
HORFCO2OH
8b: R = CHF2 (76%)
8c: R = CF3 (49%)
Схема 11

Реакция этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноата с формальдегидом и
гидрохлоридами эфиров природных аминокислот. Этил 3-оксо-4,4-дифторбутаноат
(2а) реагирует с формальдегидом и гидрохлоридами эфиров аминокислот 3b-e в
найденных условиях (мольное соотношение 2a : СН2О : 3 = 2 : 2 : 1, AcOH-AcONa
(pH 4), NaCl (NaCl : 3 = 1 : 1) с образованием 1,2,3,4-тетрагидропиридинов 18b-е в
виде смеси двух диастереомеров с суммарным выходом 56-65% (Схема 12, Таблица
8). Реакция эфира (S)-тирозина 3g протекает аналогично, но наблюдается
существенное снижение выхода целевого продукта 18f (12%), что можно объяснить
стерическими затруднениями.
1CO2Et
RHEtO2C
OOCHF2
+CH2O + H2NCO2R2AcOH/AcONa
F2HCOEtpH 4F2HCNO
HCl
2aNaCl (NaCl : амин = 1 : 1)H
3b-e,g
R1
R2O2C
18b-f
Схема 12
Таблица 8 – Синтез 1,2,3,4-тетрагидропиридинов 18b-f
Cоотношение
R1R2Выход, %
диастереомеров
1MeMe18b (65)3:2
2CH(Me)2Me18c (56)3:1
3CH2CH(Me)2Me18d (56)5:3
4BnEt18e (58)5:4
5CH2C6H4OH-4Et18f(12)5:4

Данные ЯМР-спектров и «хирального» ВЭЖХ-анализа доказывают отсутствие
эпимеризации аминокислотного фрагмента в указанных условиях реакции и
образования соединения 18d в виде только двух диастереомеров (Рисунок 5).

Datafile Name:NG188_1.lcd
Sample Name:NG188
Sample ID:NG188
mAU
292nm4nm (1,00)
1000
800CO2EtCO2Et
EtO2CrEtO2C
700CHF2
s CHF2
F2HCNOF2HCNO
HH
EtO2CEtO2C
MeMeMeMe
0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,010,0min

Рисунок 5 – Структуры диастереомеров соединения 18d и данные «хирального»
ВЭЖХ-анализа.

Таким образом, предложен однореакторный метод синтеза 3-(дифторацетил)-6-
(дифторметил)-1,2,3,4-тетрагидропиридинов на основе взаимодействия этил-3-оксо-
4,4-дифторбутаноата с формальдегидом и гидрохлоридами аминов или эфиров
аминокислот.

Реакция этил 3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата с формальдегидом и
гидрохлоридами первичных аминов. Реакция этил 3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата
(1а) с водным раствором формальдегида и гидрохлоридом метиламина (15а) в
ацетатном буфере (pH 4) при комнатной температуре в мольном соотношении 1a :
СН2О : амин = 2 : 2 : 1 приводит к образованию тетрагидропирана 19 (40%) и
гексагидропиримидина 17а (18%) (Схема 13). Гидрохлорид бензиламина (15d)
вступает в указанную реакцию с образованием наряду с тетрагидропираном 19 (49%)
и гексагидропиримидином 17d (24%) пиперидина 20d с выходом 12% (Таблица 9).
Для CF3-содержащих 1,3-дикарбонильных соединений характерно образование
продуктов типа 20d. Отщепление воды от молекулы пиперидина происходит только в
безводных условиях в присутствии сильных кислот.
F3CCO2Et
EtO2CCO2Et EtO2CCO2Et
O
+CH2O + RNH2 HCl+CF3+

OF3COCF3F3CNONN
OH OHOHRR
OEt3a,15a,dR
1b1920a,d4a,17a,d
Схема 13

Таблица 9 – Взаимодействие этил 4,4,4-трифтор-3-бутаноата 1а
с формальдегидом и аминами
RВыход, %
1Me19 (40)-17а (18)
2Bn19 (49)20d(12)17d (24)
3CH2CO2Et19 (47)20a(22)4a (13)

Аналогично протекает реакция кетоэфира 1а с формальдегидом и эфиром
глицина 3а с образованием трех продуктов: тетрагидропирана 19 (47%) пиперидина
20а (22%) и гексагидропиримидина 4а (13%). Добавка NaCl в указанные условия
реакции не оказывают существенного влияния на выход и состав продуктов реакции.
Таким образом, показано, что реакция этил 3-оксо-4,4,4-трифторбутаноата (1а)
с формальдегидом и аминами протекает нестандартно с преимущественным
образованием тетрагидропирана 19.
3. Исследование биологической активности синтезированных
производных гексагидропиримидина
3.1 Цитотоксические свойства in vitro фторированных производных
гексагидрапиримидина4
Изучение цитотоксических свойств in vitro соединений 4b,i, 5c,d, 6, 7c-g, 8a
проводили на клетках линий HEK293 (линия эмбриональной почки человека), HepG2
(линия карциномы печени человека) и Jurkat (линия лимфобластного лейкоза
человека) (Таблица 10).

Таблица 10 – Цитотоксическая активность in vitro на клеточных линиях человека
ПродуктIC50 (μM)a
HEK293JurkatHepG2
1(–)-4b>1мМ184.20±29.87172.80±3.84
2(–)-7c45.72±1.0669.42±8.6–b
3(–)-5c35.92±1.0923.50±2.4365.81±1.39
4(–)-7d99.80±4.9221.93±2.5247.22±2.13
5(+)-7d58.18±2.1924.00±1.6147.66±2.61
6(–)-5d23.17±1.7232.6±2.0331.78±1.94
7(–)-7e88.35±2.4927.25±1.0484.02±10.31
Исследование цитотоксических свойств выполнено в Институте биохимии и генетики УФИЦ РАН под
руководством чл.-корр. РАН, д.б.н. Вахитовой Ю.В.
Продолжение таблицы 10

8(+)-7f64.02±1.2925.94±1.4477.60±7.29
9(–)-7g33.26±4.2724.27±0.9621.99±3.71
10(–)-4i44.18±1.0424.10±2.3333.23±0.77
116>1мМ62.75>1мМ
128a>1мМ>1мМ>1мМ
a
Значения IC50 (μM) получали с использованием MTT-теста. Клетки инкубировали с
соединениями 48 часов.
b
не активен
Дифторацетильные (–)-7c, (–)-7d, (+)-7d, (–)-7е и (+)-7f и трифторацетильные (–
)-5c, (–)-5d производные гексагидропиримидина демонстрируют существенно более
низкие значения IC50 в отношении клеточных линий HEK293 и Jurkat по сравнению с
нефторированными аналогами5 (IC50(HEK293) от 108.0±5.0 до >1мМ, IC50(Jurkat) от
121.6±19.0 до >1мМ). Исключением являются гексагидропиримидины (–)-7g и (–)-4i,
которые демонстрируют цитотоксическую активность, сравнимую с таковой для
нефторированного соединения на основе тирозина.
Таким образом, показано, что введение фторсодержащих заместителей в 5
положение гексагидропиримидинового кольца сопровождается либо появлением
цитотоксических свойств, либо их усилением по сравнению с аналогичными
нефторированными производными гексагидропиримидина.
3.2 Изучение ноотропной и антигипоксической активности новых
производных гексагидропиримидина6
Изучение влияния производных гексагидропиримидина на обучаемость в
методике выработки условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ) показало, что
соединения 4f, 4g, 5d, 21 (Схема 14) увеличивали время латентного периода первого
захода в темный отсек по сравнению с контрольными животными. В результате
скрининга выявлены два гексагидропиримидина (4f и 4g), проявляющие выраженную
мнестическую активность через 24 часа (71% и 55% соответственно) и
восстанавливающие память о болевом раздражении через 14 дней (38,5% и 43%
соответственно) от выработки УРПИ у крыс.
Гексагидропиримидины 4f и 4g увеличивали время выживания мышей в
условиях нормобарической гипоксии более чем на 30%, в условиях гистотоксической
гипоксии на 16% относительно контроля и были эффективнее препарата сравнения
пирацетама. Соединения 4f, 4g активно понижали процессы перекисного окисления
липидов (ПОЛ), снижая уровень их вторичного продукта – малонового диальдегида
(МДА) в гомогенатах мозга у мышей, при этом уровень каталазы был высоким, что
свидетельствовало об активации процессов антиоксидантной защиты (АОЗ). На фоне
гипоксии, вызванной нитритом натрия (гемическая гипоксия), изучаемые соединения
не оказали влияния на выживаемость мышей. Максимально вводимая пероральная
доза для обоих соединений составила 5000 мг/кг. Согласно классификации ГОСТ 12.
1.007-76 соединения 4g и 4f относятся к III классу умеренно токсичных веществ.
Latypova, D.R. et al. //Med. Chem. Res. – 2017. – Vol. 26. – P. 900-908.
Изучение ноотропной и антигипоксической активности выполнено группой фармакологических исследований
лаборатории синтеза никомолекулярных биорегуляторов УфИХ УФИЦ РАН
O
OHOOH
CO2Et
HF3CH
MeF3C
HH
MeO2CNNMe
EtO2CNNCO2EtEtO2CNNCO2Et
MeCO2Me Me
4f5d6
Me
OO
HCO2Et
MeH3C
HHHH
EtO2CNNMeO2CNNMe
OH
C O2EtMeC O2Me
4g21
HO

Схема 14
Средняя эффективная доза (ED50) для соединения 4g составила 86 (57.3÷129.0)
мг/кг, а для соединения 4f – 74 (59.2÷92.5) мг/кг. Терапевтический индекс ноотропной
активности соединений 4g и 4f составил соответственно 58.1 и 67.6. Таким образом,
выявлены соединения-лидеры 4g и 4f, которые сочетают ноотропные,
антигипоксические и антиоксидантные свойства, и являются потенциальными
кандидатами для терапии нейродегенеративных заболеваний.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате изучения реакции фторированных 1,3-дикарбонильных
соединений с формальдегидом и гидрохлоридами эфиров природных аминокислот по
типу реакции Манниха разработан однореакторный метод получения энантиомерно
чистых CHF2- и CF3-содержащих производных гексагидропиримидина, а также ди- и
трифторацетатовтетрагидропиридиния.Наосновевзаимодействия1,3-
дикарбонильных соединений с формальдегидом и α,ω-диаминами предложен способ
синтезаполифункционализированных1,1′-(1,n-алкандиил)-бис(1,2,3,4-
тетрагидропиридинов).Исследованиеконденсациифторированных1,3-
дикарбонильных соединений с формальдегидом и гидрохлоридами аминов или
эфиров аминокислот привело к разработке эффективного метода синтеза
фторсодержащих 1,2,3,4-тетрагидропиридинов с выходом целевых продуктов до 90%.
Проведен скрининг цитотоксических свойств in vitro в отношении клеточных
линий опухолевого происхождения (Jurkat, HepG2) и условно-нормальной клеточной
линии(HEK293)средиполученныхфторированыхпроизводных
гексагидропиримидина. В результате исследования было показано, что введение в
молекулу гексагидропиримидинов фторсодержащих заместителей приводит к
существенному усилению цитотоксических свойств. На основании результатов
биологических испытаний in vivo среди синтезированных производных
гексагидропиримидина выявлены соединения, оказывающие выраженное влияние на
когнитивные функции грызунов, и проявляющие антигипоксическую активность,
превышающую препарат сравнения пирацетам.
ВЫВОДЫ
1. Впервые в условиях реакции Манниха синтезированы оптически чистые ди- и
трифторсодержащие производные гексагидропиримидина на основе взаимодействия
фторсодержащих 1,3-дикарбонильных соединений с формальдегидом и эфирами
природных аминокислот в среде AcONa-AcOH (pH 5.9) при комнатной температуре с
выходами до 70%. С использованием методов ЯМР и хиральной высокоэффективной
жидкостной хроматографии (chiral HPLC) однозначно доказано отсутствие
эпимеризации стереогенных центров аминокислот и образование единственного
диастереомера гексагидропиримидина;
2. Впервые предложен однореакторный метод синтеза новых хиральных
тетрагидропиримидиниевых солей – производных ди- и трифторацетата
тетрагидропиридиния, на основе реакции этил 4,4,4-трифторбутаноата (этил 3-оксо-
4,4-дифторбутаноата) с формальдегидом и гидрохлоридом этилового эфира (S)-
тирозина (гидрохлоридом 4-аминофенола) в среде ацетатного буфера AcONa-AcOH
(pH 5.9). С использованием методов ЯМР доказано, что в низкополярных
растворителях (CDCl3) 5-этоксикарбонил-1,3-бис[2-этокси-1-(4-гидроксибензил)-2-
оксоэтил]-3,4,5,6-тетрагидропиримидин-1-иума трифторацетат существует в виде
стабильных ассоциатов;
3. На основе трехкомпонентного взаимодействия 1,3-дикарбонильных соединений
с формальдегидом и α,ω-диаминами впервые предложен однореакторный способ
синтезаполифункционализированных1,1’-(1,n-алкандиил)-бис(1,2,3,4-
тетрагидропиридинов) с выходами до 69%;
4. Разработан эффективный метод синтеза новых CHF2-содержащих 1,2,3,4-
тетрагидропиридинов на основе конденсации этил 4,4-дифтор-3-бутаноата с
формальдегидом и гидрохлоридами аминов и эфиров аминокислот в среде ацетатного
буфера AcONa-AcOH (pH 4) в присутствии NaCl с выходами продуктов до 90%.
Показано, что в зависимости от используемого мольного соотношения реагентов и рН
ацетатного буфера направление реакции может сдвигаться либо в сторону
образования производных 1,2,3,4-тетрагидропиридина, либо в направлении синтеза
гексагидропиримидинов;
5. Среди синтезированных новых фторсодержащих гексагидропиримидинов
найдены образцы с выраженной цитотоксической активностью in vitro в отношении
клеточных линий карциномы печени человека (Jurkat) и лимфобластного лейкоза
человека (HepG2). Оценка ноотропной и антигипоксической активности in vivo
позволила выявить среди синтезированных гексагидропиримидинов два соединения-
лидера, оказывающие выраженное влияние на когнитивные функции грызунов.