Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов

Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов

Оптически активные 1,2-аминоциклоалканолы и 1,2-диаминоциклоалканы — компоненты многих биологически активных природных соединений — являются важными фармакофорными группами. В работе для получения вышеуказанных соединений высокой степени оптической чистоты предложено разделение рацематов на энантио...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2019
Автори: Колодяжна, А.О., Веревка, О.В., Колодяжный, О.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Хімія
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160134
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов / А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 8. — С. 78-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-160134
record_format dspace
spelling irk-123456789-1601342019-10-25T01:26:15Z Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов Колодяжна, А.О. Веревка, О.В. Колодяжный, О.И. Хімія Оптически активные 1,2-аминоциклоалканолы и 1,2-диаминоциклоалканы — компоненты многих биологически активных природных соединений — являются важными фармакофорными группами. В работе для получения вышеуказанных соединений высокой степени оптической чистоты предложено разделение рацематов на энантиомеры с помощью ферментов. Для разделения (±)-цис-2-аминоциклопентанола использована липаза Burkholderia cepacia. В качестве исходного соединения использован циклопентанэпоксид, который был превращен в рацемический аминоциклопентанол обработкой водным аммиаком. Затем проведена защита аминогруппы рацемического соединения трет-бутилоксикарбонильной группой путем обработки ди-трет-бутилдикарбаматом в присутствии триэтиламина. В результате получены оба энантиомера транс-амииноциклопентанола с высоким оптическим выходом. Полученный аминоциклопентанол реакцией с мезилхлоридом был превращен в мезилат. Последующей реакцией мезилата с азидом натрия в ДМФА при нагревании до 80 °C получен азидоциклопентанол. Реакция сопровождалась инверсией абсолютной конфигурации и образованием продукта, имеющего (S,R)-абсолютную конфигурацию. В результате получен оптически чистый 1,2-цис-(S,R)-азидаминоциклопентан. После гидрирования азида с использованием катализатора PtO2 и последующей защиты in situ трет-бутоксикарбонильной группой функции амина получен вицинальный диаминоциклопентан. Абсолютная конфигурация соединений установлена методом Казлаускаса. Строение соединений подтверждено методом ЯМР и хромато-масс-спектрометрии. Оптично активні 1,2-аміноциклоалканоли і 1,2-діаміноциклоалкани — компоненти багатьох біологічно активних природних сполук — є важливими фармакофорними групами. У роботі для отримання вищевказаних сполук високого ступеня оптичної чистоти запропоновано розділення рацематів на енантіомери за допомогою ферментів. Для поділу (±)-цис-2-аміноциклопентанолу використано ліпазу Burkholderia cepacia. Як вихідну сполуку використано циклопентанепоксид, який було перетворено на рацемічний аміноциклопентанол обробкою водним аміаком. Потім проведено захист аміногрупи рацемічної сполуки трет-бутилоксикарбонільною групою шляхом обробки ди-трет-бутилдикарбаматом у присутності триетиламіну. У результаті отримано обидва енантіомера транс-аміноциклопентанолу з високим оптичним виходом. Отриманий аміноциклопентанол реакцією з мезилхлоридом було перетворено в мезилат. По дальшою реакцією мезилату з азидом натрію в ДМФА при нагріванні до 80 °C отримано азидоаміноциклопентан. Реакція супроводжувалась інверсією абсолютної конфігурації і утворенням продукту, що має (S,R)-абсолютну конфігурацію. У результаті отримано оптично чистий 1,2-цис-(S,R)-азидаміноциклопентан. Після гідрування азиду з використанням каталізатора PtO2 і подальшого захисту in situ трет-бутоксикарбонільною групою функції аміну отримано віцинальний діаміноциклопентан. Абсолютну конфігурацію сполук встановлено методом Казлаускаса. Будову сполук підтверджено методами ЯМР і хромато-мас-спектрометрією. Optically active 1,2-aminocycloalkanols and 1,2diaminocycloalkanes are components of many biologically active natural compounds, being important pharmacophore groups. In the present work, the resolution of racemates into enantiomers, by using enzymes to obtain the abovementioned compounds of high optical purity, is proposed. Burkholderia cepacia lipase was used to separate (±)-cis-2-aminocyclopentanol. Cyclopentane epoxide was used as a starting compound, which was converted into racemic aminocyclopentanol with aqueous ammonia. The amino group of the racemic compound was then protected by the tert-butyloxycarbonyl group by the treatment with ditertbutyl dicarbamate in the presence of triethylamine. Both enantiomers of transaminocyclopentanol with high optical yield were obtained. The resulting aminocyclopentanol was converted into a mesylate by the reaction with mesyl chloride. Azidaminocyclopentane was obtained by the subsequent reaction of mesylate with sodium azide in DMF upon the heating to 80 °C. The reaction was accompanied by the inversion of the absolute configuration with the formation of a product having the (S,R)-absolute configuration. As a result, optically pure 1,2-cis-(S,R)-azidaminocyclopentane was obtained. The hydrogenation of the azide using a PtO₂ catalyst and the subsequent protection of the amine group by a tertbutoxycarbonyl group resulted in the formation of vicinal diaminocyclopentane. The absolute configuration of compounds was established by the Kazlauskas method. The structure of the compounds was confirmed by NMR and chromatography-mass spectrometry. 2019 Article Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов / А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 8. — С. 78-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.08.078 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160134 547.241 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Хімія
Хімія
spellingShingle Хімія
Хімія
Колодяжна, А.О.
Веревка, О.В.
Колодяжный, О.И.
Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
Доповіді НАН України
description Оптически активные 1,2-аминоциклоалканолы и 1,2-диаминоциклоалканы — компоненты многих биологически активных природных соединений — являются важными фармакофорными группами. В работе для получения вышеуказанных соединений высокой степени оптической чистоты предложено разделение рацематов на энантиомеры с помощью ферментов. Для разделения (±)-цис-2-аминоциклопентанола использована липаза Burkholderia cepacia. В качестве исходного соединения использован циклопентанэпоксид, который был превращен в рацемический аминоциклопентанол обработкой водным аммиаком. Затем проведена защита аминогруппы рацемического соединения трет-бутилоксикарбонильной группой путем обработки ди-трет-бутилдикарбаматом в присутствии триэтиламина. В результате получены оба энантиомера транс-амииноциклопентанола с высоким оптическим выходом. Полученный аминоциклопентанол реакцией с мезилхлоридом был превращен в мезилат. Последующей реакцией мезилата с азидом натрия в ДМФА при нагревании до 80 °C получен азидоциклопентанол. Реакция сопровождалась инверсией абсолютной конфигурации и образованием продукта, имеющего (S,R)-абсолютную конфигурацию. В результате получен оптически чистый 1,2-цис-(S,R)-азидаминоциклопентан. После гидрирования азида с использованием катализатора PtO2 и последующей защиты in situ трет-бутоксикарбонильной группой функции амина получен вицинальный диаминоциклопентан. Абсолютная конфигурация соединений установлена методом Казлаускаса. Строение соединений подтверждено методом ЯМР и хромато-масс-спектрометрии.
format Article
author Колодяжна, А.О.
Веревка, О.В.
Колодяжный, О.И.
author_facet Колодяжна, А.О.
Веревка, О.В.
Колодяжный, О.И.
author_sort Колодяжна, А.О.
title Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
title_short Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
title_full Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
title_fullStr Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
title_full_unstemmed Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
title_sort ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2019
topic_facet Хімія
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160134
citation_txt Ферментативный синтез 1,2-аминоциклопентанолов и 1,2-диаминоциклопентанов / А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 8. — С. 78-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT kolodâžnaao fermentativnyjsintez12aminociklopentanolovi12diaminociklopentanov
AT verevkaov fermentativnyjsintez12aminociklopentanolovi12diaminociklopentanov
AT kolodâžnyjoi fermentativnyjsintez12aminociklopentanolovi12diaminociklopentanov
first_indexed 2025-07-14T12:45:39Z
last_indexed 2025-07-14T12:45:39Z
_version_ 1837626441138700288
fulltext 78 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 8: 78—86 Оптически активные 1,2­аминоциклоалканолы и 1,2­диаминоциклоалканы являются ком­ понентами многих биологически активных природных соединений. Они привлекают при­ стальное внимание как синтетические блоки для построения важных фармацевтических препаратов, пептидных нуклеиновых кислот, биорегуляторов. 1,2­диаминогруппа присут­ ствует в структуре большого количества природных продуктов, таких как биотин (вита­ мин Н), алкалоид слафрамин, или баланол, ингибитор протеинкиназы С [1—4]. Многие син те тические оптически активные 1,2­диамины были исследованы в различных областях медицинской химии. Среди них мы можем назвать 1,2­диаминокомплексы платины в каче­ © А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный, 2019 https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.08.078 УДК 547.241 А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный Институт биоорганической химии и нефтехимии им. В.П. Кухаря НАН Украины, Киев E­mail: olegkol321@gmail.com Ферментативный синтез 1,2­аминоциклопентанолов и 1,2­диаминоциклопентанов Представлено членом­корреспондентом НАН Украины О.И. Колодяжным Оптически активные 1,2­аминоциклоалканолы и 1,2­диаминоциклоалканы — компоненты многих биологи­ чески активных природных соединений — являются важными фармакофорными группами. В работе для получения вышеуказанных соединений высокой степени оптической чистоты предложено разделение раце­ матов на энантиомеры с помощью ферментов. Для разделения (±)­цис­2­аминоциклопентанола использо­ вана липаза Burkholderia cepacia. В качестве исходного соединения использован циклопентанэпоксид, кото­ рый был превращен в рацемический аминоциклопентанол обработкой водным аммиаком. Затем проведена защита аминогруппы рацемического соединения трет­бутилоксикарбонильной группой путем обработки ди­трет­бутилдикарбаматом в присутствии триэтиламина. В результате получены оба энантиомера транс­амииноциклопентанола с высоким оптическим выходом. Полученный аминоциклопентанол реакцией с мезилхлоридом был превращен в мезилат. Последующей реакцией мезилата с азидом натрия в ДМФА при нагревании до 80 °C получен азидоциклопентанол. Реакция сопровождалась инверсией абсолютной конфигу­ рации и образованием продукта, имеющего (S,R)­абсолютную конфигурацию. В результате получен опти­ чески чистый 1,2­цис­(S,R)­азидаминоциклопентан. После гидрирования азида с использованием катали­ затора PtO2 и последующей защиты in situ трет­бутоксикарбонильной группой функции амина получен вицинальный диаминоциклопентан. Абсолютная конфигурация соединений установлена методом Казлау­ скаса. Строение соединений подтверждено методом ЯМР и хромато­масс­спектрометрии. Ключевые слова: 1,2­аминоциклоалканолы, 1,2­диаминоциклоалканы, ферменты, кинетическое разде ле ние, липаза Burkholderia cepacia 79ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 8 Ферментативный синтез 1,2­аминоциклопентанолов и 1,2­диаминоциклопентанов стве противоопухолевых препаратов и некоторые производные циклогексан­1,2­диамина в качестве высокоселективных агонистов опиоидов. Кроме того, использование вициналь­ ных диаминов также оказалось эффективным в таких областях, как координационная хи­ мия или асимметричный катализ. Бидентатные С2­симметричные лиганды, являющиеся про изводными 1,2­диаминциклоалканов, нашли широкое применение в асимметрическом катализе. Например, хиральные саленовые лиганды были получены с использованием диа­ минов [5]. Вицинальный аминоалкогольный фрагмент также является важным компонен­ том самых разнообразных природных соединений и биологически активных молекул. В частности, хиральные циклические 1,2­аминоспирты являются важными структурными компонентами большого количества фармацевтических препаратов, пептидных нуклеино­ вых кислот (PNA), в составе ключевых ферментов ингибиторов протеазы вируса иммуноде­ фицита человека и в качестве метаболитов аминоиндана в моче кроликов и крыс. Некоторые из представителей таких препаратов (1—4) показаны на схеме 1. Получение оптически активных 1,2­аминоциклоалканолов достигалось разделением рацематов. Например, разделение (±)­транс­2­бензиламиноциклопентанола осуществля­ лось с использованием D­ или L­дибензоилтартаровой кислоты в качестве разделительного агента [6]. Использовали аминолиз (S)­α­метилбензиламином/Me3Al и хроматографи­ ческое разделение диастереомеров [7]. Несмотря на то что существует ряд подходов к раз­ делению (±)­транс­2­аминоциклогексанола и (±)­транс­2­аминоциклопентанола, фермен­ тативное разделение этих аминоспиртов изучено мало [8—10]. Есть только несколько при­ меров ферментативного гидролиза для получения оптически активных представителей 2­аминоциклоалканолов [11]. Для разделения транс­2­аминоциклоалканолов использова­ лись такие ферменты, как липаза Candida antarctica (CAL) и Pseudomonas cepacia [8]. Био­ Схема 1 80 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 8 А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный каталитические подходы к получению этих оптически активных соединений приобретают все большее значение в органическом синтезе. В частности, катализируемые ферментами реакции аминолиза и переэтерификации используются для кинетического разделения ра­ цемических аминоспиртов. Потому этот метод является интересным для ферментативного разделения (±)­транс­2­аминоциклоалканолов. Мы использовали показанную ниже ретросхему синтеза 1,2­аминоксилопентанолов и 1,2­диаминоциклопентана. В качестве исходного соединения был выбран циклопентан­ эпоксид, который планировали превратить в аминоспирт, затем в аминоазид и уже потом получить циклопентандиамин (схема 2). Схема 2 Циклопентеноксид удается превратить в рацемический аминоциклопентанол 5 обра­ боткой 25 %­м водным аммиаком с высоким выходом. Затем, чтобы получить энантиомерно чистый 2­аминоциклопентанол для успешного разделения аминоциклопентанолов, мы за­ щитили аминогруппу трет­бутилоксикарбонильной группой и провели эксперименты с со­ ответствующими N­трет­бутоксикарбонильными производными 6 в качестве исходных регентов. С этой целью полученный гидрохлорид аминоспирта был обработан триэти л­ а мином и ди­трет­бутилдикарбаматом, в результате получены соответствующие произ­ водные 6 с высоким выходом (схема 3). Схема 3 Затем для разделения (±)­цис­2­аминоциклопентанола в качестве биокатализатора была выбрана липаза из Burkholderia cepacia (ВСL), поскольку она обладает высокой эф­ фективностью в энантиоселективном ацилировании рацемических транс­2­амино цикло­ алканов (схема 4). Для ацилирования использовали в качестве реагента изопропенилацетат и метил­ трет­бутиловый эфир (МТBE) в качестве растворителя при 30 °С. В этих условиях ре­ акции BCL проявлял высокую энантиоселективность по отношению к субстрату, давая O­ацетильное производное (1R,2R)­7 с энантиомерным избытком >99 % ([α]D = –53,6 (C = 1,03, EtOH)) и 2­гидроксикарбамат (1S,2S)­6 c 99 % ее ([αD = + 34,3 (C = 0,95, EtOH)). Абсолютную конфигурацию (1S,2R)­6 определяли по методу Казлаускаса и путем сня­ тия защиты и последующего превращения в гидрохлорид. Ацилированный продукт (1R,2R)­7 был получен с высоким энантиомерным избытком (>99 %). Это побудило нас по­ высить температуру до 60 °C с целью ускорения ацетилирования, но результаты все еще были неудовлетворительными. Такой результат несколько удивляет при рассмотрении по­ ведения (±)­транс­2­аминоциклопентанола в том же ферментативном процессе. 81ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 8 Ферментативный синтез 1,2­аминоциклопентанолов и 1,2­диаминоциклопентанов Чтобы повысить скорость ацилирования, мы использовали винилацетат в качестве до­ нора ацила и BCL в трет­бутилметиловом эфире при 40 °C, но результаты снова оказались неудовлетворительными. Скорость реакции увеличивалась, когда CAL использовали в качестве биокатализатора с виниловым эфиром в качестве ацилирующего агента в трет­ бутилметиловом эфире. Наконец, ацилирование 3 дало энантиомерно чистый (1R,2S)­2­ аминоциклопентанол с очень хорошим выходом. Аминоциклоалканолы 5 устойчивы в обычных условиях, на воздухе при комнатной температуре, и могут быть легко превращены в транс­1,2­диаминоциклопентан. Что еще более важно, аминоциклоалканолы 6 дают возможность проводить поэтапную функцио­ нализацию аминогрупп с образованием хиральных лигандов или лекарственных средств. Далее аминоциклопентанол реакцией с мезилхлоридом превратили в мезиловый эфир и последующей реакцией с азидом натрия в ДМФА при нагревании до 80 °C в течение 16 ч получили азидоциклопентанол. Реакция сопровождалась инверсией конфигурации (схе­ ма 5). После гидрирования азида 9 с использованием катализатора PtO2 и защиты трет­ бутоксикарбонильной группой аминогруппы получено соединение 3. Для этого азид рас­ творили в метаноле, гидрирование проводили в присутствии 10 %­го палладия, нанесенного на уголь, в качестве катализатора. Гидрирование гладко проходит при низком давлении во­ дорода (1,1 ати) в течение 24 ч при комнатной температуре. Контроль за ходом восстановле­ ния вели с помощью ЯМР. Продукт очистили хроматографией на колонке с силикагелем, элюент этилацетат — метанол (схема 6).Строение соединений подтверждено ЯМР спек­ троскопическими исследованиями. Так, в спектре ЯМР 1Н обнаруживаются сигналы трет­ бутильной группы, сигналы цик лопентанового кольца в виде мультиплетов соответствую­ щей интегральной интенсивности, а также сигналы NH­протонов. В спектре ЯМР 13С обна­ руживаются сигналы карбонильной группы при 155,9 м.д., сигналы трет­бутоксильной группы при 29,3 м.д., сигналы t­BuO группы, а также сигналы 13С всех пяти атомов углерода циклопентанового кольца. Таким образом, использование ферментативных методов разделения рацемических аминоциклопентанолов и последущая функционализация синтезированных энантимерно Схема 4 82 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 8 А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный чистых соединений, с заменой гидроксильной группы на азидную, что сопровождалось об­ ращением конфигурации, а затем каталитическое гидрирование азида привело к образова­ нию вицинальных цис­диаминоциклопентанов высокой степени оптической чистоты. Экспериментальная часть Спектры ЯМР 1H и ЯМР 13C регистрировали в раствори­ теле CDCl3 на спектрометре 500 МГц при температуре окружающей среды. Химические сдвиги (δ) указаны в миллионных долях (ppm) по отношению к TMS в качестве внутрен­ него стандарта. Указаны: s — синглет; d — дублет; дд — дублет дублета; тд — триплет дубле­ тов; т — триплет; м — мультиплет; br s — широкий синглет. Константы связи J выражены в герцах. Все реагенты и растворители использовались без дальнейшей очистки, если не указано иное. Колоночную хроматографию проводили на силикагеле 60 (70—230 меш) с использованием указанных элюентов. Оптические вращения измеряли на поляриметре Перкина—Элмера 241 (линия натрия D при 20 °C). Точки плавления не скорректированы. Все реакции проводили в высушенной на огне или высушенной в духовке стеклянной по­ суде с магнитным перемешиванием. Липаза из Burkholderia cepacia (Amano PS) была приоб­ ретена у “Amano Pharmaceutical” (Япония). Прогресс реакций и разделение колоночной хроматографией продуктов контролировали с помощью аналитической тонкослойной хро­ матографии (ТСХ) (силикагель 60 F254­пластинка, “Мерк”, Германия), продукты визуа­ лизировались анисовым альдегидом. Чистоту всех соединений проверяли с помощью ТСХ и ЯМР­измерений. (±)­транс­2­Аминоциклопентанол (5). Циклопентеноксид 84 г (1 моль) растворили в 250 мл этанола и добавили 100 мл 25 %­го водного аммиака. Перемешали 24 ч при ком­ натной температуре. Затем этанол упарили, водный раствор аминоспирта подкислили во­ дным HCl для превращения аминоспирта в гидрохлорид. После чего воду упарили и твер­ дый остаток высушили в вакууме. Выход 120 г (90 % от теорет.). (±)­транс­трет­бутил­(2­Гидроксициклопентил)карбамат (6). Полученный в преды­ дущем эксперименте гидрохлорид аминоспирта (0,9 моля, 120 г) суспендировали в 800 мл хлористого метилена. Добавили 230 г (300 мл) триэтиламина (2,25 моля). При охлаж­ дении и перемешивании по каплям добавили 210 г (0,95 моля) ди­трет­бутилдикарба­ мата. Пере ме шали 30 мин. Реакционную смесь трижды промыли водным насыщенным Схема 5 Схема 6 83ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 8 Ферментативный синтез 1,2­аминоциклопентанолов и 1,2­диаминоциклопентанов раствором би карбоната, раствор обезводили сульфатом натрия и упарили. Выход 170 г (95 % от теорет.). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. ( J, Гц): 1,38—1,31 (м, 1H). 1,45 (с, 9H), 1,63—1,70 (м, 2H), 1,74—1,81 (м, 1H), 1,98—2,05 (м, 1H), 2,06—2,12 (м, 1H), 3,59—3,66 (м, 1H), 3,96— 4.00 (м, 2H), 4,66 (с, 1H). Ферментативное разделение (±)­транс­2­аминоциклопентанола 6 на энантиомеры 1. К раствору 17,0 г (0,084 моля) N­Вос­аминоспирта 2 и пропенилацетата (17 мл, 0,13 моля) в 100 мл МТБЕ добавили 2,8 г липазы Amano PS. Реакционную смесь перемешали 24 ч при комнатной температуре. Контроль хода реакции осуществляли с помощью ТСХ и ЯМР 1Н. Когда степень конверсии достигла 50 %, липазу отфильтровали и фильтрат упарили. Остаток после упаривания хроматографировали на колонке с силикагелем, используя элюент этилацетат—гексан с градиентом от 1 : 4 до 1 : 2 . Получили две фракции: первая — с Rf 0,8 (элюент этилацетат—гексан 1 : 4 по ТСХ), вторая — с Rf 0,4 (с тем же элюентом). В первой фракции находился (1R,2R)­2­((Boc)амино)циклопентил ацетат (10,0 г, выход 45 %), во второй фракции — (1S,2S)­N­Boc­2­гидроксициклопентан. трет­Бутил((1S,2S)­2­гидроксициклопентил)карбамат ((1S,2S)­6). Выход 8,0 г (45 %). [α]20 D: + 16,0 (c 1,0, EtOH). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. (J, Гц): 1,38—1,31 (м, 1H). 1,45 (с, 9H), 1,70—1,63 (м, 2H), 1,81—1,74 (м, 1H), 2,05—1,98 (м, 1H), 2,12—2,06 (м, 1H), 3,66—3,59 (м, 1H), 4,00— 3,96 (м, 2H), 4,66 (с, 1H). (1R,2R)­2­((трет­Бутоксикарбонил)амино)циклопентилацетат ((1R,2R)­7). Выход 10,0 г (45 %). Бесцветный кристаллический продукт. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. ( J, Гц): 1,45 (с. 9H, CH3C), 1,55 (м, 1H, CH2), 1,7 (м, 1H, CH2), 2,0 (м, 2H, CH2), 2,15 (м, 2H, CH2), 2,05 (c, 3H, CH3), 3,85 (ш, 1H, NH), 4,2 (кв, 1H, J 6, CHO), 4,95 (м, 1H, CHN). трет­Бутил((1R,2R)­2­гидроксициклопентил)карбамат ((1R,2R)­6). Полученный в пре­ дыдущем эксперименте ацетат 7 (10,0 г) растворили в 100 мл МТБЕ, добавили 100 мл 0,05 М фосфатного буфера и гидролизовали липазой Amano PS (2,5 г, 0,25 % массы субстрата) в двухфазной системе МТБЕ—буфер (рН 7,2). Реакция протекала 14 ч при комнатной тем­ пературе. За ходом гидролиза следили по ТСХ и ЯМР 1Н. По завершении реакции липазу отфильтровали и продукт экстрагировали МТБЕ. Раствор обезводили сульфатом натрия, растворитель упарили. В остатке обнаружили (1S,2S)­N­Boc­2­аминоциклопентанол 6, ко то ­ рый очистили хроматографией на колонке с силикагелем (элюент этилацетат—гексан 1 : 2). Твердый бесцветный кристаллический продукт. Выход 7,6 г (92 %). [α]20 D—16,0 (c 1,0, EtOH). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. (J, Гц): 1,38—1,31 (м, 1H). 1,45 (с, 9H), 1,70—1,63 (м, 2H), 1,81—1,74 (м, 1H), 2,05—1,98 (м, 1H), 2,12—2,06 (м, 1H), 3,66—3,59 (м, 1H), 4,00—3,96 (м, 2H), 4,66 (с, 1H). трет­Бутил((1R,2R)­2­(мезитилокси)циклопентил)карбамат ((1R,2R)­8). К получен­ ному в предыдущем эксперименте раствору аминоспирта (7,6 г, 0,38 моля) в 500 мл хлори­ стого метилена добавили по каплям при перемешивании 100 мл триэтиламина. Затем по каплям при охлаждении добавили мезилхлорид (4,50 г, 0,4 моля). После перемешивания в течение 30 мин смесь промыли водой 3 раза, органический слой отделили и обезводили сульфатом натрия, растворитель упарили. Выход 11,5 г, 95 %. Вязкое масло. 84 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 8 А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. (J, Гц): 1,30 (м, 1H, CH). 1,36 (с, 9H, CH3C), 1,47—1,6 (м, 3H,CH2), 1,8—1,95 (м, 2H, CH2), 2,9 (с, 3H, Me), 3,8 (м, 1H, CH), 4,15 (м, 1H, CH), 5,02 (ш, 1H, NH). трет­Бутил((1R,2S)­2­азидоциклопентил)карбамат ((1R,2S)­9). Полученный мезилат 8 (11,5 г, 0,36 моля) растворили в 100 мл ДМФА и присыпали азид натрия (7,0 г, 1,2 моля). После перемешивания при нагревании до 70—80 °C в течение 16 ч к смеси добавили эквива­ лентное по объему количество воды (1 л) и трижды экстрагировали МТБЕ. Экстракт не­ сколько раз промыли водой и упарили. Выход 6,5 г (80 %). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. ( J, Гц): δH1,45 (с, 9H, CH3C), 1,4 (м, 1H), 1,52 (м, 1H), 1,75 (м, 1H, СH2), 1,93 (м, 2H, CH2), 3,34 (м, 1H, CH), 3,79 (м, 1H, CH), 4,95 (ш, 1H, NH). 13C NMR (CHCl3­d, 200 MHz). δC 19,8, 28,2, 28,7, 29,0, 54,7, 64,1, 79,4, 155.3. [α]D 20 + 116° (c 1,0, CH2Cl2). Вычислено, %: C, 52,55; H, 7,9; N, 24,8. C10H18N4O2. Найдено, %: C, 53,09; H, 7,96; N, 24,77. трет­Бутил((1R,2S)­2­аминоциклопентил)карбамат ((1R,2S)­10). Азид 9 (6,5 г) рас­ творили в 50 мл метанола и добавили 10 г 10 %­го палладия, нанесенного на уголь, в ка­ честве катализатора. Восстановление проводили при низком давлении водорода (1,1 ати) в течение 24 ч при комнатной температуре. Контроль за ходом восстановления вели с по­ мощью 1Н ЯМР. Затем катализатор отфильтровали, растворитель упарили. Остаток пос­ ле упаривания хроматографировали на колонке с силикагелем. Элюент этилацетат — ме та­ нол с градиентом от 10 : 1 до 1 : 1. Вязкая бесцветная жидкость. Выход 5,45 г (95 %), т. топл. 60—62 °C [13]. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д. (J, Гц):1,45 (с, 9H, CH3C), 1,4 (м, 1H), 1,45 (м, 1H, СH2), 1,7 (м, 2H, CH2), 1,94 (м, 2H, CH2), 2,34 (м, 1H, CH), 3,7 (м, 1H, CH), 4,95 (ш, 1H, NH). Спектр ЯМР 13C (CDCl3), δ, м.д. (J, Гц):20,34, 26,90, 29,3, 29,8, 53,1, 54,86, 79,95, 155,87. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Gotor V. Enzymatic aminolysis, hydrazinolysis and oximolysis reactions. Microbial reagents in organic syn­ thesis: Servi, S. (Ed.). NATO ASI Series C, Vol. 381. Dordrecht: Springer, 1992. P. 199—208. 2. Fernandez S., Brieva R., Rebolledo F., Gotor V. Lipase­catalysed enantioselective acylation of N­protected or unprotected 2­aminoalkan­1­ols. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1992. № 21. P. 2885—2889. https://doi. org/10.1039/P19920002885 3. Gonzalez­Sabın J., Gotor V., Rebolledo F. A biocatalytic approach to synthesizing optically active orthogo­ nally protected trans­cyclopentane­1,2­diamine derivatives. J. Org. Chem. 2007. 72, № 4. P. 1309—1314. https://doi.org/10.1021/jo062205h 4. Lai Y.­S., Mendoza J.S., Jagdmann G.E. Jr., Menaldino D.S., Biggers C.K., Heerding J.M., Wilson J.W., Hall S.E., Jiang J.B., Janzen W.P., Ballas L.M. Synthesis and protein kinase C inhibitory activities of balanol analogs with replacement of the perhydroazepine moiety. J. Med. Chem. 1997. 40. P. 226—235. https://doi. org/10.1021/jm960497g 5. Cozzi P.G. Metal­Salen Schiff base complexes in catalysis: practical aspects. Chem. Soc. Rev. 2004. 33, № 7. P. 410—421. https://doi.org/10.1039/B307853C 6. Xu Q., Appella D. H. Practical synthesis of trans­tert­butyl­2­aminocyclopentylcarbamate and resolution of enantiomers. J. Org. Chem. 2006. 71, № 22. P. 8655—8657. https://doi.org/ 10.1021/jo061409v 7. Aube J., Wolfe M.S., Yantiss R.K., Cook S.M., Takusagawat F. Synthesis of enantiopure n­tert­butoxy car­ bonyl­2­aminocyclo alkanones. Synth. Commun. 1992. 22, № 20. P. 3003—3012. https://doi.org/10.1080/ 00397919208021127 85ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 8 Ферментативный синтез 1,2­аминоциклопентанолов и 1,2­диаминоциклопентанов 8. Maestro A., Astorga C., Gotor V. Enzymatic resolution of (±)­trans­2­aminocyclohexanol and (±)­trans­2­ aminocyclopentanol. Tetrahedron: Asymm. 1997. 8, № 18. P. 3153—3159. https://doi.org/10.1016/S0957­ 4166(97)00368­6 9. Schiffers I., Rantanen T., Schmidt F., Bergmans W., Zani L., Bolm C. Resolution of racemic 2­aminocyclo­ hexanol derivatives and their application as ligands in asymmetric catalysis. J. Org. Chem. 2006. 71. P. 2320— 2331. https://doi.org/10.1021/jo052433w 10. Rouf A., Gupta P., Aga M.A., Kumar B., Parshad R., Taneja S.C. Cyclic trans­β­amino alcohols: preparation and enzymatic kinetic resolution. Tetrahedron: Asymm. 2011. 22, № 24. P. 2134–2143. https://doi.org/ 10.1016/j.tetasy.2011.11.019 11. Luna A., Astorga C., Fulop F., Gotor V. Enzymatic resolution of (±)­cis­2­aminocyclopentanol and (±)­cis­2­ aminocyclohexanol. Tetrahedron: Asymm. 1998. 9, № 24. P. 4483—4487. https://doi.org/10.1016/S0957­ 4166(98)00482­0 12. Barr A.A., Frencel I., Robinson J.B. Enzymatic resolution of (+)­cis­2­aminocyclopentanol and (+)­cis­2­ aminocyclohexanol. Can. J. Chem. 1977. 55, № 24. P. 4180—4183. https://doi.org/10.1139/v77­59280 Поступило в редакцию 26.04.2019 REFERENCES 1. Gotor, V. (1992). Enzymatic aminolysis, hydrazinolysis and oximolysis reactions. In Servi, S. (Ed.). Microbial reagents in organic synthesis (pp. 199­208). NATO ASI Series C, Vol. 381. Dordrecht: Springer. 2. Fernandez, S., Brieva, R., Rebolledo, F. & Gotor, V. (1992). Lipase­catalysed enantioselective acylation of N­protected or unprotected 2­aminoalkanols. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, No. 21, pp. 2885­2889. https:// doi.org/10.1039/P19920002885 3. Gonzalez­Sabın, J., Gotor, V. & Rebolledo, F. (2007). A biocatalytic approach to synthesizing optically active orthogonally protected trans­cyclopentane­1,2­diamine derivatives. J. Org. Chem., 72, No. 4, pp. 1309­1314. https://doi.org/10.1021/jo062205h 4. Lai, Y.­S., Mendoza, J.S., Jagdmann, G.E. Jr., Menaldino, D. S., Biggers, C. K., Heerding, J. M., Wilson, J. W., Hall, S. E., Jiang, J. B., Janzen, W. P. & Ballas, L. M. (1997). Synthesis and protein kinase C inhibitory activities of balanol analogs with replacement of the perhydroazepine moiety. J. Med. Chem., 40, pp. 226­235. https://doi.org/ 10.1021/jm960497g 5. Cozzi, P. G. (2004). Metal­Salen Schiff base complexes in catalysis: practical aspects. Chem. Soc. Rev., 33, No. 7, pp. 410­421. https://doi.org/10.1039/B307853C 6. Xu, Q. & Appella, D. H. (2006). Practical synthesis of trans­tert­butyl­2­aminocyclopentylcarbamate and resolution of enantiomers. J. Org. Chem., 71, No 22, pp. 8655­8657. https://doi.org/10.1021/jo061409v 7. Aube, J., Wolfe, M. S., Yantiss, R. K., Cook, S. M. & Takusagawat, F. (1992). Synthesis of enantiopure n­tert­ butoxy carbonyl­2­aminocyclo alkanones. Synth. Commun., 22, No. 20, pp. 3003­3012. https://doi.org/ 10.1080/00397919208021127 8. Maestro, A., Astorga, C. & Gotor, V. (1997). Enzymatic resolution of (±)­trans­2­aminocyclohexanol and (±)­trans­2­aminocyclopentanol. Tetrahedron: Asymm., 8, No. 18, pp. 3153­3159. https://doi.org/10.1016/ S0957­4166(97)00368­6 9. Schiffers, I., Rantanen, T., Schmidt, F., Bergmans, W., Zani, L. & Bolm, C. (2006). Resolution of racemic 2­aminocyclohexanol derivatives and their application as ligands in asymmetric catalysis. J. Org. Chem., 71, pp. 2320­2331. https://doi.org/ 10.1021/jo052433w 10. Rouf, A., Gupta, P., Aga, M. A., Kumar, B., Parshad, R. & Taneja S. C. (2011). Cyclic trans­β­amino alcohols: preparation and enzymatic kinetic resolution. Tetrahedron: Asymm., 22, No. 24, pp. 2134­2143. https://doi. org/10.1016/j.tetasy.2011.11.019 11. Luna, A., Astorga, C., Fulop, F. & Gotor, V. (1998). Enzymatic resolution of (±)­cis­2­aminocyclopentanol and (±)­cis­2­aminocyclohexanol. Tetrahedron: Asymm., 9, No. 24, pp. 4483­4487. https://doi.org/10.1016/ S0957­4166(98)00482­0 12. Barr, A. A., Frencel, I. & Robinson, J. B. (1977). Enzymatic resolution of (+)­cis­2­aminocyclopentanol and (+)­cis­2­aminocyclohexanol. Can. J. Chem., 55, No. 24, pp. 4180­4183. https://doi.org/10.1139/v77­59280 Received 26.04.2019 86 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 8 А.О. Колодяжна, О.В. Веревка, О.И. Колодяжный А.О. Колодяжна, О.В. Верьовка, О.І. Колодяжний Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Київ E­mail: olegkol321@gmail.com ФЕРМЕНТАТИВНИЙ СИНТЕЗ 1,2­АМІНОЦИКЛОПЕНТАНОЛІВ І 1,2­ДІАМІНОЦИКЛОПЕНТАНІВ Оптично активні 1,2­аміноциклоалканоли і 1,2­діаміноциклоалкани — компоненти багатьох біологічно активних природних сполук — є важливими фармакофорними групами. У роботі для отримання вище­ вказаних сполук високого ступеня оптичної чистоти запропоновано розділення рацематів на енантіомери за допомогою ферментів. Для поділу (±)­цис­2­аміноциклопентанолу використано ліпазу Burkholderia cepacia. Як вихідну сполуку використано циклопентанепоксид, який було перетворено на рацемічний амі­ ноциклопентанол обробкою водним аміаком. Потім проведено захист аміногрупи рацемічної сполуки трет­ бутилоксикарбонільною групою шляхом обробки ди­трет­бутилдикарбаматом у присутності три­ етиламіну. У результаті отримано обидва енантіомера транс­аміноциклопентанолу з високим оптичним виходом. Отриманий аміноциклопентанол реакцією з мезилхлоридом було перетворено в мезилат. По­ дальшою реакцією мезилату з азидом натрію в ДМФА при нагріванні до 80 °C отримано азидоаміноцик­ лопентан. Реакція супроводжувалась інверсією абсолютної конфігурації і утворенням продукту, що має (S,R)­абсолютну конфігурацію. У результаті отримано оптично чистий 1,2­цис­(S,R)­азидаміноцикло­ пен тан. Після гідрування азиду з використанням каталізатора PtO2 і подальшого захисту in situ трет­ буто кси кар бонільною групою функції аміну отримано віцинальний діаміноциклопентан. Абсолютну кон­ фігурацію сполук встановлено методом Казлаускаса. Будову сполук підтверджено методами ЯМР і хромато­мас­спектрометрією. Ключові слова: 1,2­аміноциклоалканоли, 1,2­діаміноциклоалкани, ферменти, кінетичне розділення, ліпа­ за з Burkholderia cepacia. A.O. Kolodiazhna, O.V. Veriovka, O.I. Kolodiazhnyi V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv E­mail: olegkol321@gmail.com ENZYMATIC SYNTHESIS OF 1,2­AMINOCYCLOPENTANOLS AND 1,2­DIAMINOCYCLOPENTANES Optically active 1,2­aminocycloalkanols and 1,2­diaminocycloalkanes are components of many biologically ac­ tive natural compounds, being important pharmacophore groups. In the present work, the resolution of race­ mates into enantiomers, by using enzymes to obtain the above­mentioned compounds of high optical purity, is proposed. Burkholderia cepacia lipase was used to separate (±)­cis­2­aminocyclopentanol. Cyclopentane epoxide was used as a starting compound, which was converted into racemic aminocyclopentanol with aqueous ammonia. The amino group of the racemic compound was then protected by the tert­butyloxycarbonyl group by the treat­ ment with di­tert­butyl dicarbamate in the presence of triethylamine. Both enantiomers of trans­amino­cy­ clopentanol with high optical yield were obtained. The resulting aminocyclopentanol was converted into a mesylate by the reaction with mesyl chloride. Azidaminocyclopentane was obtained by the subsequent reaction of mesylate with sodium azide in DMF upon the heating to 80 °C. The reaction was accompanied by the inver­ sion of the absolute configuration with the formation of a product having the (S,R)­absolute configuration. As a result, optically pure 1,2­cis­(S,R)­azidaminocyclopentane was obtained. The hydrogenation of the azide using a PtO2 catalyst and the subsequent protection of the amine group by a tert­butoxycarbonyl group resulted in the formation of vicinal diaminocyclopentane. The absolute configuration of compounds was established by the Kazlauskas method. The structure of the compounds was confirmed by NMR and chromatography­mass spectrometry. Keywords: 1,2­aminocycloalkanols, 1,2­diaminocycloalkanes, enzymes, kinetic resolution, Burkholderia cepacia lipase.

Схожі ресурси