Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Были изучены подходы к синтезу новых гетероциклических соединений с антибактериальными свойствами с использованием Rh(II)-катализируемых реакций триазолов с 2Н-азиринами. Продуктами реакции азиринов с [1,2,3]триазоло[1,5-a]пиридинами являются неизвестные ранее производные 4H-пиридо[1,2-a]пиразина – продукты 1,6-электроциклизации 1-(пиридин-2-ил)-2-азабута-1,3-диенов, в ходе которой происходит потеря ароматичности пиридинового цикла. В такую циклизацию вступали азадиены, содержащие электроноакцепторный заместитель при С1 и атом водорода, алкильную или арильную группу при С4. При этом 4-алкилзамещенные пиридопиразины оказались стабильными при комнатной температуре и были выделены с умеренными выходами (15-65%). Пиридопиразины, замещённые при С4 арильной группой, находились в равновесии с соответствующими 2-азадиенами даже при комнатной температуре. 2-Азадиены, содержащие в первом и четвёртом положениях фенильный заместитель или сложноэфирную группу, не циклизуются в пиридопиразины. Было показано, что подобная 1,6-электроциклизация с участием C=N связи хинолина и бензоксазола позволяет получать производные 1H-пиразино[1,2-a]хинолина и 4H-бензо[4,5]оксазоло[3,2-a]пиразина. Стабильность пиридопиразинов относительно 2-азадиенов обусловлена наличием высокосопряжённого фрагмента 8-амино-1-азаоктатетраена. Согласно результатам расчетов, рассматриваемая 1,6-электроциклизация представляет собой псевдоперициклическую реакцию, протекающую через значительно уплощенное переходное состояние. Была изучена антибактериальная активность 4Н-пиридо[1,2-а]пиразинов и некоторых 1-пиридил-2-азадиенов в отношении группы патогенов ESCAPE (штаммы, наиболее склонные к выработке резистентности: E. faecium, S. aureus, K. pneumoniae, A. baumanii, P. aeruginosa, E. cloacae). Незначительную активность продемонстрировали лишь несколько соединений (в основном в отношении S. aureus). По материалам этой части работы опубликована статья в журнале первого квартиля (Q1): Eur. J. Org. Chem., 2020, DOI: 10.1002/ejoc.202000210 (https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ejoc.202000210). Впервые было продемонстрировано, что фотолиз α-азидоциннаматов дает различные продукты в зависимости от длины волны используемого света. Облучение α-азидоциннаматов синим светом (455 нм) приводит к образованию только 2H-азиринов, тогда как облучение фиолетовым (395 нм), УФ-А светом (365 нм) или солнечным светом приводит к трансформации образовавшихся in situ 2H-азиринов в 1,3-диазабицикло[3.1.0]гексены (азириноимидазолы). Установлено, что изомеризация 1,3-диазабицикло[3.1.0]гексенов в 1,6-дигидропиримидины протекает количественно при комнатной температуре в присутствии Et3N, DABCO, 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена (DBU), N-метилморфолина или Cs2CO3. Ароматизация 1,6-дигидропиримидинов с использованием 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинона (DDQ) протекает количественно менее чем за одну минуту. Пиримидин также может быть получен при облучении дигидропиримидина синим светом на воздухе в присутствии фотокатализатора. На основании этих результатов (с использованием DBU и DDQ) была разработана методика синтеза тетразамещенных производных дигидропиримидина и пиримидина из α-азидоциннаматов в режиме «one-pot». Была изучена антибактериальная активность полученных дигидропиримидинов и пиримидинов в отношении группы патогенов ESCAPE. Активность продемонстрировали лишь два соединения, дигидропиримидин и пиримидин, содержащие CF3-группы (в отношении E. Cloacae). Статья по материалам этой части работы находится на рецензировании в журнале Org. Biomol. Chem. Установлено, что взаимодействие изоцианидных комплексов палладия(II) и платины(II) цис-[MCl2(CNR)2] с N,N'-дифенилгуанидином (ДФГ) приводит к комплексам, содержащим депротонированные С,N-хелатные ациклические диаминокарбеновые лиганды (ADC), включающие фрагмент ДФГ. Комплексы были получены с выходами 72–89% и полностью охарактеризованы комплексом физико-химических методов анализа. Строение комплексов было изучено в растворе с помощью спектроскопии ЯМР 1Н и корреляционного метода 1Н,15N-HMBC. Обнаружено, что депротонированные бис(диаминокарбеновые) комплексы в растворе существуют только в виде одного таутомера из нескольких возможных, причем в случае алифатических и ароматических заместителей изоцианида наблюдаются разные таутомеры. Полученные комплексы умеренно растворимы в воде и их водные растворы стабильны. Была оценена цитотоксичность комплексов in vitro в отношении эпителиоподобной клеточной линии, полученной из инвазивной аденокарциномы протоков молочной железы человека (MCF-7). Ксилил- и мезитил-замещенные комплексы проявили наиболее высокую цитотоксическую активность (IC50 для клеточной линии MCF-7 около 1 мкМ) по сравнению с другими изученными ADC комплексами, превышающую на порядок активность цисплатина. Высокая цитотоксическая активность ксилил- и мезитил-замещенных комплексов была обнаружена и на других клеточных линиях молочной железы (SK-BR-3, BT474) и меланомы (A375). Нами была также изучена антибактериальная активность некоторых из полученных комплексов в отношении группы патогенов ESCAPE. Активность ксилил-замещенного комплекса в отношении нескольких штаммов оказалась сравнимой с активностью Сульфаметоксазола.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За второй этап реализации проекта были выполнены исследования по всем запланированным направлениям. Опубликована статья в журнале Q1 по результатам, полученным в первый год выполнения проекта: Nguyen T. K., Titov G. D., Khoroshilova O. V., Kinzhalov M. A., Rostovskii N. V., Light-induced one-pot synthesis of pyrimidine derivatives from vinyl azides. Org. Biomol. Chem. 2020, 18, 4971–4982. DOI: 10.1039/D0OB00693A (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/OB/D0OB00693A#!divAbstract). Также дополнительно проанализированы и обобщены литературные данные по реакциям пиридотриазолов ([1,2,3]триазоло[1,5-a]пиридинов), протекающим с выделением азота. В результате опубликован обзор в журнале Q1: Filippov I. P., Titov G. D., Rostovskii N. V., Recent Advances in Denitrogenative Reactions of Pyridotriazoles. Synthesis 2020, 52, 3564–3576. DOI: 10.1055/s-0040-1707254 (https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.1055/s-0040-1707254). Было поведено исследование границ применимости реакции 2-алкил-2Н-азиринов с диазокарбонильными соединениями для синтеза различных 1-пирролинов. В результате двухстадийной реакции, заключающейся в Rh(II)-катализируемом образовании 2-азадиенов на первой стадии и их циклизации под действием DBU на второй, в режиме «one-pot» было получено 18 новых 1-пирролинов с выходами 20-88%. Более того, было продемонстрировано, что для получения пирролинов, содержащих сложноэфирную группу в положении 3, возможно проведения трехстадийного синтеза в режиме «one-pot» из 5-алкоксиизоксазолов. Выходы пирролинов, полученных из диметил диазомалоната, оказались выше, чем пирролинов из метил диазофенилацетата. Показано, что выходы 1-пирролинов мало зависят от свойств заместителя при атоме С3 2-азабутадиена. Установлено, что низкие выходы некоторых 1-пирролинов связаны с наличием конкурентной реакции – 1,4-электроциклизации 2-азабутадиенов в 1-азетины. Пирролины, содержащие заместители при С3 и С4, были выделены в виде единственного диастереомера c транс-расположением заместителей в положениях 3 и 4. Показано, что в третье и четвертое положения 1-пирролинов возможно введение сложноэфирной, алкильной или арильной группы. Структуры двух 1-пирролинов подтверждены данными РСА. Была исследована цитотоксическая активность синтезированных 1-пирролинов в отношении клеток аденокарциномы простаты человека (PC3), клеток колоректального рака человека (HCT116), клеток рака груди человека (MCF-7) и клеток карциномы легких человека (A549). Установлено, что 1-пирролины не обладают заметной цитотоксичностью, лишь в двух случаях выживаемость клеток оказалась ниже 90%. Ни один из 11 пирролинов, исследованных на антибактериальную активность в отношении штаммов группы ESKAPE, не показал активности. Была проведена оптимизация условий окислительной димеризации 2Н-азирин-2-карбоксилатов в пиримидины, наилучшие результаты были получены при 70 °С при использовании триэтиламина в качестве основания. На основе N-фенилбензимидамида и 1-(3-амино-5-метил-1H-пиразол-4-ил)этанона синтезированы два хелатных комплекса палладия(II), содержащих два диаминокарбеновых фрагмента. Установлено, что полученные комплексы растворимы в воде в концентрациях, достаточных для исследования их биологической активности, а их водные растворы стабильны. Была оценена цитотоксичность полученных комплексов in vitro в отношении клеточной линии MCF-7. Комплекс на основе N-фенилбензимидамида обладает умеренной цитотоксичностью (IC50 = 65.6 ± 14.0 μM), а цитотоксическое действие пиразольного комплекса более слабое (IC50 > 100 μM). В результате взаимодействия с морфолином циклометаллированных фенилпиридином изоцианидных комплексов платины(II) получено два ациклических диаминокарбеновых комплекса платины(II) с выходами 63-71%. Показано, что процесс присоединения морфолина к тройной связи C≡N изоцианида является металлопромотируемым, кипячение в хлороформе свободного изоцианида p-TolNC с морфолином не приводило к образованию продуктов нуклеофильного присоединения. Структура одного комплекса подтверждена методом РСА. Полученные комплексы были переданы на Химический факультет Вроцлавского университета для исследования их цитотоксической активности. Путем взаимодействия эквимолярных количеств орто-фенилендиамина и изоцианидных комплексов палладия(II) получено три диаминокарбеновых комплекса палладия с выходами 69–82%. Сочетание протекает с участием одного координированного изоцианидного лиганда и одной аминогруппы фенилендиамина. Комплексы умеренно растворимы в воде и могут быть выделены в неизменном виде из водных растворов. Растворы комплексов в метаноле обладают хорошей электропроводностью, что свидетельствует о существовании комплексов в виде ионных соединений в растворе. Для одного из соединений был проведен термогравиметрический анализ, показавший, что его разложение происходит в температурном интервале 125–200 °C. Было изучено взаимодействие полученных комплексов с ДНК. Выяснено, что комплексы преимущественно образуют с ДНК монофункциональные аддукты, а в связывании, наиболее вероятно, участвует N7 гуанина. Был изучен противоопухолевый потенциал полученных комплексов палладия(II) на нескольких линиях раковых клеток человека (MCF7, MDA-MB-231, RT4, HCT 116, PC3, A549). Все протестированные соединения оказались цитотоксичными, 4-бром-2,6-диметилфенил-замещенный комплекс проявляет наиболее высокую цитотоксическую активность по отношению ко всем изученным клеточным линиям (IC50 для клеточной линии MCF-7 4.8 мкМ). Исследована цитотоксическая активность гетероциклических соединений, полученных на первом этапе выполнения проекта, а также 2,2’-бис(4-пирролин-3-онов) и 2-амино-4-пирролин-3-онов в отношении клеток PC3, HCT116, MCF-7 и A549. Наиболее цитотоксичными оказались производные 2,2’-бис(4-пирролин-3-она). Некоторые представители снижали выживаемость всех исследованных раковых клеток до уровня 5% и ниже. Таким образом, производные 2,2’-бис(4-пирролин-3-она) представляют собой новый класс сильных цитотоксических агентов против раковых клеток человека. По результатам последней части исследований подготовлена статья, которая находится на рецензировании в журнале The Journal of Organic Chemistry.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За отчетный период по результатам выполнения проекта опубликованы три статьи в журналах Q1: Golubev A.A., Agafonova A.V., Smetanin I.A., Rostovskii N.V., Khlebnikov A.F., Bunev A.S., Novikov M.S., An Efficient Approach to 2,2’-Bi(4-pyrrolin-3-ones) and Pyrrolone-Based α-Amino Esters. J. Org. Chem. 2021, 86, 10368–10379. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.joc.1c01070 Tiuftiakov N.Y., Strelnikova J.O., Filippov I.P., Khaidarov A.R., Khlebnikov A.F., Bunev A.S., Novikov M.S., Rostovskii N.V., Rhodium-Catalyzed Synthesis of 2-Aroylpyrimidines via Cascade Heteropolyene Rearrangement. Org. Lett. 2021, 23, 6998–7002. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.orglett.1c02706 Sakharov P.A., Novikov M.S., Nguyen T.K., Kinzhalov M.A., Khlebnikov A.F., Rostovskii N.V., Blue Light-Promoted Cross-Coupling of α‑Diazo Esters with Isocyanides: Synthesis of Ester-Functionalized Ketenimines. ACS Omega 2022, 7, 9071–9079. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsomega.2c00367 Одна статья находится на рецензировании в журнале The Journal of Organic Chemistry (дата представления 25.04.2022): Filippov I.P., Novikov M.S., Khlebnikov A.F., Rostovskii N.V., A One-pot Synthesis of Multifunctionalized 1-Pyrrolines from 2-Alkyl-2H-azirines and Diazocarbonyl Compounds. Было продолжено исследование синтетического подхода к бензо-1,4-оксазинам и 1,4-дигидрохиноксалинам/хиноксалинам из орто-галогенанилинов и сульфонилтриазолов. Установлено, что циклизация Ульмана ендиамина и ароматизация дигидрохиноксалина протекают очень легко как в случае тозильного, так и мезильного заместителя при атоме азота. Rh-катализируемые реакции нитро-замещенных орто-галогенанилинов с сульфонилтриазолами протекают с приемлемыми выходами Z-ендиаминов, без использования хроматографической очистки. Циклизации этих ендиаминов по реакции Ульмана дают низкие выходы нитрохиноксалинов. Установлено, что сульфонилтриазол с фталимидным заместителем в реакции с 2-галоген-4-нитроанилинами образует продукты NH-внедрения при простом нагревании реакционной смеси без металлокатализатора. В рамках этого направления был впервые синтезирован сульфонилтриазол, содержащий фотоактивный азобензольный заместитель. Было продолжено исследование димеризации метил 3-арил-2Н-азирин-2-карбоксилатов, приводящей к дигидропиримидин-4,6-дикарбокислатам и продуктам их окисления - пиримидинам. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют в пользу радикального механизма реакции, который включает образование нитроксильного радикала из триэтиламина, что подтверждается данными ЭПР. Был получен ряд из девяти пиримидинов, выходы которых сильно зависят от природы заместителей в ароматическом кольце: сильные донорные и акцепторные заместители препятствуют протеканию реакцию. Было продолжено исследование однореакторного синтеза 1-пирролинов из алкилазиринов и диазосоединений. Были получены 1-пирролины с амидным, нафтильным, этинильным, винильным и циклопропенильным заместителем, а также бициклический пирролин. В ходе работы обнаружены новые направления: в реакции 2-TMSO азирина основным продуктом оказалось производное 5,6-дигидро-2Н-1,3-оксазина, а азирин, спиросочленненый с циклопентаном, образовал бициклический пиридон. На основе контрольных экспериментов и квантово-химических расчётов был предложен механизм образования 1-пирролинов, включающий образование NH-азометинилида и его электроциклизацию. C помощью реакции образования амидной связи был получен гибрид пирролидина с артесуновой кислотой. Еще один гибрид был получен по реакции медь-катализируемого азид-алкинового циклоприсоединения между этинил-1-пирролином и азидо-производным артесуната. Полученные гибридные соединения и 1-пирролины были исследованы на противовирусную, противораковую и противомалярийную активность. По данным первичных экспериментов in vitro, оба гибрида и один из 1-пирролинов показали перспективную противораковую активность и будут исследованы in vivo. Был разработан фотохимический масштабируемый синтез кетениминов из диазокарбонильных соединений и изоцианидов. Оптимальными условиями являются облучение диазосоединения светодиодом с длиной волны 450 нм с тремя эквивалентами изоцианида в ДХМ. В этих условиях с использованием трет-бутилизоцианида и различных диазоэфиров было получено 17 кетениминов с выходами до 64%. Использование изоцианидов, имеющих первичный алкильный заместитель, привело к меньшим выходам кетениминов. Результаты квантово-химических расчетов показывают, что в реакцию с изоцианидом может вступать (метоксикарбонил)карбен как в синглетном, так и в триплетном состоянии, с примерно одинаковым барьером активации. Из полученных кетениминов в мягких безметалльных условиях был синтезирован ряд неизвестных ранее амидинов/ендиаминов, имеющих в структуре сложноэфирный заместитель. Было установлено, что реакции диазосоединений с 2Н-азирин-2-карбоновыми кислотами как в условиях термолиза, так и фотолиза синим светом (455 нм) приводят исключительно к образованию продуктов ОН-внедрения. Напротив, в реакциях, катализируемых соединениями родия(II), происходит трансформация азиринового цикла, и образуются 1,3-оксазин-6-оны. Наибольшие выходы 1,3-оксазин-6-онов (до 60%) были получены из 2,2-дизамещенных 2Н-азирин-2-карбоновых кислот. Последующие исследования показали, что еще более эффективными являются катализаторы на основе золота(I). Исследованы подходы к синтезу 2‑(тетразол-5-ил)‑3-фенил-2H‑азирина. Реакция Небера тетразолил оксима без защитной группы на тетразоле привела к производному пиразоло[1,5-d]тетразола. В аналогичной реакции оксима с бензильной защитной группой на тетразоле был успешно получен тетразолил-2Н-азирин, однако снятие защитной группы для получения NH-тетразола в нескольких опробованных условиях протекало неудовлетворительно. Четыре амино(гидразидо)карбеновых комплекса были получены с помощью металлопромотируемого сочетания гидразидов карбоновых кислот с изоцианидным лигандом в комплексах цис-[МCl2(CNR1)2]. Установлено, что при использовании пиридина (N-донорного лиганда) образование продукта замещения наблюдается только при большом избытке пиридина, а при попытке выделить продукт замещения равновесие сдвигается в сторону исходного хлоридного комплекса. Карбеновые комплексы проявили низкую цитотоксичность на нескольких линиях раковых клеток человека. Был получен ряд замещенных N,N'-дифенилгуанидинов, которые были вовлечены в металлопромотируемое сочетание с изоцианидами для генерации диаминокарбеновых комплексов платины(II). Акцепторные заместители в ароматическом кольце N,N'-дифенилгуанидинов значительно понижают реакционную способность: продукт сочетания был получен только из дибромзамещенного N,N'-дифенилгуанидина с выходом 67% за 3 суток. Растворимость соединения в воде оказалась недостаточной для проведения биологических исследований. Также были получены результаты исследования цитотоксической активности циклометаллированных металлоорганических соединений, полученных на втором этапе выполнения проекта. Диаминокарбеновый комплекс оказался более активным, чем его предшественник – изоцианидный комплекс. Была изучена антипролиферативная активность ароилпиримидинов, полученных в реакции изоксазолов с сульфонилтриазолами, в отношении клеток PC-3, HCT 116, MCF7, A549, WI26 VA4. Ароилпиримидины проявили умеренную активность в отношении исследованных линий раковых клеток. Наиболее активным и селективным оказалось соединение, содержащее нафтильный заместитель: жизнеспособность нормальных клеток (WI-26 VA4) составляла 97%; раковых клеток (HCT 116 и MCF7) – 55%. Была исследована антибактериальная активность хиназолиндионов, а также ряда 1-пирролинов в отношении патогенов группы ESKAPE. По результатам оценки диско-диффузионным методом, три представителя хиназолиндионов, а также пять представителей 1-пирролинов были активны в отношении S. aureus.