Ösztrán vázas vegyületek A- és D-gyűrűben történő módosítása

Bacsa Ildikó
Ösztrán vázas vegyületek A- és D-gyűrűben történő módosítása.
PhD, University of Szeged.
(2018)

[img]
Preview
PDF (disszertáció)
Download (6MB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (687kB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (694kB) | Preview

Abstract in Hungarian

Munkánk kezdeti szakaszában halogénezési reakciókat végeztünk a 13α-ösztron kiválasztott származékain. A 13α-ösztronból és 3-O-metil vagy 3-O-benzil származékaiból kiindulva, N-jód-, N-bróm- vagy N-klórszukcinimiddel, sikeresen állítottunk elő A-gyűrűben halogénezett vegyületeket. A 2- és 4-szubsztituált valamint 2,4-bisz származékok rövid reakcióidővel, jó hozammal képződtek. A halogénezési reakciók során az oldószer és a reaktáns mennyiségének változtatása egyes esetekben jelentősen befolyásolta a képződő termékek arányát. A fenolos hidroxilcsoport jelenléte nemcsak az egyszeres, hanem a kétszeres szubsztitúciónak is kedvezett. A 3-védett vegyületek esetében csak monoszubsztituált származékok képződtek és a 3-benziléter bizonyult a legkevésbé reaktívnak. Ebből kiindulva csak a brómozás és a klórozás volt megvalósítható, a jódozás viszont nem. A 17-dezoxi-13α-ösztron N-haloszukcinimidekkel történő halogénezési reakciói is 2- és 4-szubsztituált valamint 2,4-bisz-származékokhoz vezettek. Összehasonlítottuk a 17-oxo és 17-dezoxi pár azonos körülmények között végrehajtott reakcióit és azt tapasztaltuk, hogy a megfelelő termékek különböző arányban képződtek. A 17-dezoxi sorban egyes esetekben csupán az alkalmazott körülmények jelentős megváltoztatásával sikerült a célvegyületeket előállítani. Hatékony mikrohullámú eljárást dolgoztunk ki a kapott halogénvegyületek Sonogashira keresztkapcsolására. A 2-jód-3-O-metil-13α-ösztron fenil-acetilénnel lejátszódó reakciója dimetil-formamidos közegben, Pd(PPh3)4 katalizátorral, CuI segédkatalizátorral, trietil-amin bázis jelenlétében, mikrohullámú besugárzással, 50 °C-on, 20 perc alatt lejátszódott. A fenil-acetilénre optimalizált módszernél az oldószert acetonitrilre cserélve sikeresen végrehajtottuk a 3-as helyzetben szabad fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó vegyület reakcióját is. Az eljárást kiterjesztettük a 4-jód vegyületekre is. Azt tapasztaltuk, hogy a hőmérséklet 80 °C-ra emelése és a katalizátor Pd(PPh3)2Cl2-ra történő cseréje elősegíti a 4-es helyzetű szubsztitúciót. A szabad fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó jódvegyület szintézisénél a reakcióközeget tetrahidrofuránra cseréltük. A kívánt termékeket rövid reakcióidő alatt, kiváló hozammal sikerült előállítanunk. A fenil-acetilénre kidolgozott módszer jól alkalmazható volt a különböző 4’-szubsztituenst tartalmazó (C6H5R2) fenetinil származékok előállítására is. A Sonogashira-kapcsolással előállított fenetinil-származékokat transzfer hidrogénezésnek vetettük alá. Mikrohullámú besugárzás alkalmazásával megvalósítottuk a 4’-(metoxifenil)etinil származékok C≡C kötésének részleges telítését a 3-metiléter sorban. Hidrogénforrásként DMF/KOH rendszert, katalizátorként pedig Pd(PPh3)2Cl2-ot használtunk. A 2-fenetinil származékból kemo- és sztereoszelektív módon cisz-alkenil, míg a 4-es regioizomerből transz-alkenil származék képződött. A 3-hidroxi származékok a transzfer hidrogénezés körülményei között nem a 2- vagy 4-fenetenil származékokat szolgáltatták. Megállapítottuk azonban, hogy ilyen körülmények között gyűrűzárási reakcióban benzo[b]furán molekularészletet tartalmazó, új vegyületekké alakulnak. A 2- vagy 4-fenetinil származékokat Pd/C jelenlétében, etil-acetát oldószerben, 20 bar hidrogénnyomás alatt kiváló hozammal alakítottuk 2- vagy 4-fenetil származékokká. Az A-gyűrűben halogénezett származékokat nem csak C–C, hanem C–N kapcsolási reakciónak is alávetettük. Hatékony Buchwald–Hartwig keresztkapcsolási eljárást dolgoztunk ki a 2-bróm-3-O-metil-13α-ösztron anilinnel történő aminálására. Az optimalizálás során a palládiumkatalizátort, a ligandumot és a bázist változtattuk. Összehasonlítottuk a hagyományos melegítéssel és a mikrohullám alkalmazásával végrehajtott folyamatok lefutását. Megállapítottuk, hogy az utóbbi eljárás jelentősen csökkenti a reakcióidőt. A legmagasabb hozamot Pd(OAc)2 katalizátor, KOtBu bázis és XPhos segédligandum 100 °C-on mikrohullámú reaktor alkalmazásával értük el. Az anilinre kidolgozott módszert kiterjesztettük különböző elektronikus tulajdonságú orto, meta és para szubsztituenssel rendelkező monoszubsztituált anilinekre is. A szubsztituált fenilamino vegyületeket magas hozamokkal nyertük. Megfigyeltük, hogy a szubsztituensek helyzete nem, azok elektronikus sajátságai azonban enyhén befolyásolják a konverziót. A 2-es helyzetű kapcsolásra kidolgozott módszer a 4-bróm-3-O-metil- és a 2- és 4-bróm-3-O-benzil-13α-ösztronra változtatás nélkül alkalmazható volt. Annak érdekében, hogy 2- és 4-amino-származékokat képezzünk, anilin helyett benzofenon-iminnel is elvégeztük a kapcsolást. A 2- és 4-N-difenilmetilidénamino-13α-ösztront egy további reakciólépésben hatékonyan átalakítottuk a megfelelő amino származékokká. Az NH2 csoport felszabadítását a 3-metiléterek esetében erős Brønsted savval, míg a 3-benziléter származékból Pd-katalizált hidrogenolízissel végeztük. Munkánk záró szakaszában BODIPY-alapú festékkel fluoreszcensen jelölt ösztron származékokat állítottunk elő CuAAC konjugálással. Ehhez szükségünk volt olyan BODIPY-festékekre és ösztron származékokra, amelyek azid vagy alkin funkciót tartalmaznak. Az ösztron jelölését az A- (C-2) és D-gyűrűn (C-15) keresztül is megvalósítottuk. Az új BODIPY-alapú fluoreszcens azidot a triszubsztituált pirrol ω-bróm-valeriánsavból in situ kialakított savklorid származékával történő kondenzációjával állítottuk elő. A bróm-BODIPY-t az intermedier izolálása nélkül bór-trifluorid–dietil-éter komplex és bázis alkalmazásával nyertük. A BODIPY-azidhoz a brómvegyületből bróm–azid cserereakcióban jutottunk. Az ösztron-azid vagy ösztron-alkin előállításához a Δ15,16-ösztronból kiindulva, Michael-addícióval azid vagy O-propargil nukleofilt építettünk be a 15-ös szénatomra. A nukleofil támadása sztereoszelektív módon, a 15β helyzetből következett be, 15β-azido és 15β-O-propargil származékot szolgáltatva. Az etinilcsoportot beépítettük az A-gyűrűbe is, a 2-es szénatomra. Először alkin reakciópartnerként trimetilszilil-acetilént alkalmazva Sonogashira kapcsolást végeztünk az általunk kidolgozott mikrohullámú módszerrel. A trimetilszilil védőcsoportot a CuAAC reakció során in situ lehasítottuk. A szükséges azidok és alkinek birtokában végrehajtottuk a BODIPY-festékek szteroidokhoz történő konjugálását. A CuAAC reakciókban, hagyományos melegítéssel, rövid reakcióidő alatt kiváló hozammal nyertük a kívánt konjugátumokat. Munkánk során számos olyan új 13α-ösztron származékot állítottunk elő, amelyek tumorellenes hatással rendelkeznek. Egyes A-gyűrűben szubsztituált új vegyületeink hatékonyan gátolják bizonyos, az ösztrogén bioszintézisben kulcsszerepet játszó enzimek működését. Sikerült továbbá olyan új fluoreszcensen jelölt ösztron származékokat is képeznünk, amelyek alapot adhatnak a fluoreszcencia mérésén alapuló biokémiai eljárások kidolgozásához.

Abstract in foreign language

Our work was started with the aromatic halogenation of 13α-estrone. 3-O-Methyl- and 3-O-benzyl-protected 13α-estrone were successfully reacted with N-iodo-, N-bromo- or N-chlorosuccinimide to afford 2-, 4- and 2,4-bis-substituted derivatives at ring A. These were formed in short reaction times and good yields. Conversions could be significantly influenced by changing the solvent of the reaction and varying the quantity of the reactant. The presence of the phenolic OH group facilitates both mono- and double substitution. 3-Protected compounds yielded only monosubstituted derivatives. The 3-O-benzyl ether showed reduced reactivity, only bromination and chlorination occurred in this case. Similar halogenations of 17-deoxy-13α-estrone with N-halosuccinimide were carried out to synthesize 2-, 4- and 2,4-bis-substituted derivatives. A comparison of the results obtained in the halogenation of 17-oxo and 17-deoxy starting compounds allowed the conclusion that analogous derivatives were formed in different ratios. In the 17-deoxy series in some cases major changes in conditions were required to have the desired compounds. We have developed a convenient synthetic microwave procedure for Sonogashira coupling using the synthesized halogen compounds as starting materials. The reaction of 2-iodo-3-O-methyl-13α-estrone with phenylacetylene could efficiently be achieved using Pd(PPh3)4 catalyst and CuI cocatalyst in dimethylformamide in the presence of Et3N as a base, at 50 °C in 20 min in a microwave reactor. After establishing the most favourable reaction conditions using phenylacetylene as the alkyne partner, the method was successfully adapted to compounds with phenolic 3-OH function by the change of solvent to acetonitrile. We extended the scope of the steroid component to 4-iodo derivatives. We found that elevation of the reaction temperature to 80 °C and the change of catalyst to Pd(PPh3)2Cl2 facilitated substitution at C-4. Iodo compounds bearing phenolic OH required the changing of solvent to tetrahydrofuran. We isolated the desired 4-phenethynyl compound in short time and excellent yield. The protocol developed for phenylacetylene was successfully extended to the synthesis of 4-(4’-subst.)phenethynyl derivatives. We carried out the semihydrogenation of certain compounds synthesized by Sonogashira coupling. Microwave-assisted partial saturation of (4’-methoxyphenyl)ethynyl compounds was achieved in the 3-methyl ether series. We applied DMF/KOH as the hydrogen source and Pd(PPh3)2Cl2 as the catalyst. Under the applied conditions, cis-alkenes were formed from 2-phenethynyl derivatives while 4-phenethynyl derivatives led to trans-alkenes chemo- and stereoselectively. Semihydrogenation of compounds bearing phenolic OH did not result in 2- or 4-phenethenyl compounds; rather, formation of benzo[b]furans occurred. Additionally, we transformed 2- and 4-phenethynyl derivatives in ethyl acetate under 20 bar H2 with palladium-on-charcoal to 2- and 4-phenethyl derivatives, respectively, in excellent yields. We performed not only C–C but C–N cross couplings as well starting from the ring A halogenated derivatives. We have developed an efficient protocol for the Buchwald–Hartwig amination of 2-bromo-3-O-methyl-13α-estrone with aniline. An optimization process was performed by the systematic changes of catalyst, base and ancillary ligand. We compared conventional heating and microwave-assisted heat transfer and found that microwave irradiation shortened reaction times significantly. The highest yields were achieved by using Pd(OAc)2 as catalyst, KOtBu as base and XPhos as ancillary ligand at 100 °C in a microwave reactor. With the best reaction conditions in hand, couplings at C-2 were extended to monosubstituted anilines bearing substituents at ortho, meta or para positions with varied electronic properties. All couplings proceeded with high yields. We noticed that the electronic nature of the substituents influenced the conversion slightly but their position did not have any effect. 4-Bromo-3-O-methyl- and 2- or 4-bromo-3-O-benzyl-13α-estrone were successfully aminated with aniline without the need for changing reaction conditions established for couplings at C-2. Coupling with benzophenone imine instead of aniline was performed in order to gain 2- or 4-amino derivatives. 2- and 4-(N-diphenylmethylideneamino)-13α-estrones were efficiently transformed into the appropriate amino counterparts in a subsequent reaction step. Liberation of the NH2 function was achieved by Brønsted acid in the case of 3-methyl ethers and via hydrogenolysis from the 3-benzyl ether using palladium-on-charcoal catalyst. In the final part of our work we have synthesized BODIPY-based fluorescent estrone conjugates via CuAAC. First, we synthesized estrone derivatives and BODIPY-dyes (BODIPY1-alkyne, BODIPY2-azide) containing alkyne or azide moiety. We performed the labelling of ring A (at C-2) and ring D (at C-15) of estrone. Novel BODIPY-azide was synthesized via condensation of trisubstituted pyrrole and ω-bromovaleric chloride formed in situ. Bromo-BODIPY was formed with BF3.OEt2 and base without the isolation of the intermediate. The new BODIPY-azide was formed in a bromine-to-azide exchange reaction. We carried out Michael addition on Δ15,16 estrone in order to introduce the azide group or O-propargyl nucleophile to position 15. The nucleophiles attacked in a stereoselective manner from the β direction to C-15 leading to the formation of 15β-azide and 15β-O-propargyl derivatives. Additionally, we introduced the ethynyl group onto C-2 by coupling trimethylsilylacetylene (TMSA) via our microwave-assisted protocol established previously. Deprotection was carried out with tetrabutylammonium fluoride (TBAF) in situ during the “click” reaction. With the necessary alkynes and azides in hand, we conjugated the BODIPY dyes with the steroids. CuAAC reactions yielded the desired fluorescent estrone conjugates in short reaction time under conventional heating in good yields. We have synthesized several novel potent antitumoral 13α-estrone derivatives. Certain new ring A substituted compounds efficiently inhibited the key enzymes of estrogen biosynthesis. We also synthesized novel fluorescent estrone-BODIPY conjugates, which might serve as labelled substrates in the development of fluorescent biochemical assays.

Item Type: Thesis (PhD)
Creators: Bacsa Ildikó
Hungarian title label: Ösztrán vázas vegyületek A- és D-gyűrűben történő módosítása
Title of the thesis in foreign language: Modifications in ring A or D of estrane core
Divisions: Doctoral School of Chemistry
Discipline label: Natural Sciences > Chemistry
Defence date label: 2018. May 16.
Uncontrolled Keywords: 13α-ösztron, halogénezés, Sonogashira kapcsolás, Buchwald-Hartwig kapcsolás, Fluoreszcens jelölés
Item ID: 9754
Identification Number: 3402221
doi: https://doi.org/10.14232/phd.9754
Date Deposited: 2018. Apr. 17. 13:33
Last Modified: 2018. Aug. 09. 11:25
Depository no.: B 6374
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/9754
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year