'b'&Q

Ph.D értekezés tézisei

D-gyűrűben szubsztituált szteroidok szintézise és szerkezetvizsgálata

Tapolcsányi Pál

Szegedi Tudományegyetem Szerves Kémiai Tanszék

2001

1. Bevezetés és célkitűzések

Az alkil- illetve szubsztituált alkilcsoportot tartalmazó szteroidok kedvező

farmakológiai tulajdonságának felismerése óta számos, a szteránváz

különböző helyén szubsztituált származék szintézise valósult meg.

A Szegedi Tudományegyetem Szerves Kémiai Tanszékének Szteroid

Kutatócsoportja az 1980-as évektől kezdve az androsztán- és ösztránvázas

vegyületek 16-hidroximetil és 16-metil származékainak előállítását végezte el.

A különböző vázrendszeren végzett módszeres vizsgálatokat -a jelen

munkában- a 16-metil-5cc-androsztán-3p,17-diol illetve a 16-hidroximetilösztra-

1,3,5(10)-trién-3,17-diol izomereinek előállításával kívántuk bővíteni. Ezen

túlmenően a 16-hidroximetil vegyületek D-szeko származékaínak

továbbalakításával a közepes tagszámú D-gyürüt tartalmazó ösztron-

homológok szintézise valósult meg.

2. A tudományos eredmények összefoglalása*

2.1 A 3p-acetoxí-5a-androsztán-17-onból (33b) kiindulva Claisen-

kondenzációval elkészítettük a 3p-hidroxi-16-hidroximetilén-5a-

androsztán-17-ont (34a), melynek díacetátját két lépésben kontrollált

körülmények között KBH4-del redukáltuk.

2.2 Megállapítottuk, hogy a redukció első lépése a 16-acetoximetilén-5a-

androsztán-3p,17p-diol-3-acetáthoz (35a) vezet, mely az enyhén

bázisos közegben szelektíven hidrolizál és további redukcióval a 16p-

hidroximetil-5a-androsztán-3p,17p-diol-3-acetát (36b) és a 16a-

hidroximetil-5a-androsztán-3p,17p-diol-3-acetát (37b) keveréke kelet-

kezik.

2.3 Azt tapasztaltuk, hogy az izomerkeveréket katalitikus mennyiségű p-

toluolszulfonsav jelenlétében acetonnal forralva, a funkcióscsoportokat

cisz helyzetben tartalmazó vegyület (36b) gyűrűs acetoniddá (36i)

*A vegyületszámozás megegyezik a disszertációban alkalmazottal

1

alakult, míg a transz izomer (36b) változatlan maradt. Ez lehetőséget

nyújtott az izomerek egyszerű kromatográfiás szétválasztására. A kapott

izomerek térszerkezetét 1H- és 13C-NMR spektroszkópiai módszerrel

igazoltuk.

OR2 R3 OR2 OR3

36 R 1 R 2 R3 H

37 R 1 R 2 R 3

a H H OH l H H H b Ac H OH b Ac H H i Ac -C(Me)jO-

2.4 A 16p-hidroximetil-5a-androsztán-3p,17a-diol izomer (38a) előállítására

a 16p-p-tolllszulfoniloximetil-17p-acetát (36e), a 160-p-

tolilszulfoniloximetil-17p-benzoát (36f) illetve a 16p-brómmetil-17p-

benzoát (36g) származékok acetolízisét hajtottuk végre AgOAc

jelenlétében vízmentes ecetsavban.

2.5 Megállapítottuk, hogy az acetolízis során a kiindulási 160,170 izomer

mellett a 16p-acetoximetil-5a-androsztán-3p,17a-dlol-diacetát (38b),

Illetve a 16p-benzoiloximetil-5a-androsztán-3p,17a-diol-diacetát (38c)

valamint telítetlen melléktermékek keletkeznek, melyek szerkezetét 1 Él-

és 13C-NMR-spekroszkópiai módszerrel bizonyítottuk.

2

OR2 OR3

i 5

, C H

36 R 1 R2 R3

c Ac Ao Ac h Ac Bz Ac

OR2 R3

CHj

CHj

R2

0 ^ 0

0

OR2 OR3

CHj

R-

0 ^ 0

36 R ' R 2 R3 40 R1 R2 41 R1 R2

e Ac Ac OTs a Ac Mc a Ac Me f Ac Bz OTs b Ac Ph b Ac Ph

8 Ac Bz Br

42 R" R 2 38 R1 R2 R3 43 R ' R 2

a H H a H H H a H H b Ac Ac b Ac Ac M b Ac Ac c Ac Bz c Ac Ac Bz c Ac Bz

2.6 Az acetolízis során képződő termékek keletkezése egy hattagú

ambldens acetoxónlum (40a) illetve benzoxónium (40b) kation

köztlterméken keresztül lejátszódó (AcO-6) illetve (BzO-6) általános

szimbólummal jellemezhető szomszédcsoport-részvétellel

magyarázható:

Az acetátionnak a C-16-os helyzetben történő támadása retencióval a

kiindulási izomer triacetátját (36c) illetve acetát-benzoátját (36h) adja,

míg a térgátoltabb C-17-es helyen való támadás inverzióval a 16p,17a

3

izomert (38b, 38c) szolgáltatja. A 16-metilén származék (42b, 42c)

képződése az ambidens kationból transz diaxiális eliminációval

értelmezhető, míg a másik telítetlen vegyülethez (43b, 43c) az

ambidens kation nyílt láncú formájának (41) Wagner-Meerwein-típusú

stabilizációja vezet.

2.7 A 16a-hidroximetil-5a-androsztán-3p,17a-diol izomer (39a) előállítására

a 16a-acetoximetll-17p-p-tolllszulfonát (37h), illetve a 16a-

benzoiloxlmetil-17p-p-tolllszulfonát (37j) származék acetolízisét hajtottuk

végre AgOAc jelenlétében vizes ecetsavban.

2.8 Megállapítottuk, hogy az acetolízis során a 16a-acetoximetil-5a-

androsztán-3p,17a-diol-diacetát (39b) illetve 3-acetát-17-benzoát (39c),

valamint telítetlen melléktermékek keletkeznek.

2.9 A termékek keletkezését egy hattagú ambidens acetoxónium (44a)

illetve benzoxónium ionon (44b) keresztül lejátszódó (AcO-6) Illetve

(BzO-6) szimbólummal jellemezhető szomszédcsoport-részvétellel

értelmeztük:

Az ambidens kation a vízzel gyűrűs ortosav vegyes észtert (46) képez,

amely dekomponálódása a 16a-hídroximetil-5a-androsztán-3p,17a-diol-

diacetáthoz (39b) illetve 3-acetát-17-benzoáthoz (39c) vezet. Ezek az

ecetsavas közegben 16-acetoximetil származékukká acilezödnek. A

telítetlen vegyületek az ambidens kation nyílt láncú formájának (45)

Wagner-Meerwein-típusú stabilizációjával (48, 49) illetve a p-

tolilszulfonilcsoport eliminációjával (47) értelmezhetők.

2.10 Megállapítottuk, hogy a 160,17a és a 16a,17a izomerek a (BzO-6)

szomszédcsoport-részvétel során az alkalmazott szolvolitikus

folyamatban jobb nyeredékkel keletkeztek, mint az (AcO-6)

szomszédcsoport-részvétel esetén.

9

OR2 OR3

,CHj

O

R

0 ^ 0

R l OH

0 ^ 9

46 R1 R 2

a Ac Me b Ac Ph

OR2 OR3

,,CH2

o^ o

37 R1 R2 R3 44 R1 R l 45 R 1 R 2

h Ac Ts Ac a Ac Me a Ac Me

j Ac Ts Bz b Ac Ph b Ac Ph

47 R 1 R3 39 R 1 R z R3 48 R 1 R2

a H H a H H H a H H b Ac Ac b Ac Ac Ac b Ac Ac c Ac Bz c Ac Bz Ac c Ac Bz

O J j OR2

,CH2

49 R 1 R2

a H H b Ac Ac c Ac Bz

2.11 A bizonyított konfigurációjú 16-hidroximetil-5a-androsztán-3j3,17-diolok

(36-39) 16-p-tolilszulfoniloximetíl származékainak LiAIH4-es

redukciójával elkészítettük a megfelelő 16-metil-5a-androsztán-3p,17-

diol izomereket (26, 27, 50, 51). Ezek szerkezetét 1H- és 13C-NMR

8

spektroszkópiai módszerrel bizonyítottuk. Mivel a redukció királis

centrumot nem érintett, a kapott 16-metil származékok konfigurációja

megegyezett a kiindulási 16-hidroximetil vegyületekével.

OR2 OR3

i CH,

R 1

Ac H R~~ Ao H Ts

OR2 OR3

I .,|CH2

37 R l R 2 R3

b Ac H H d Ac H Ts

OR2 OR3

I CHj

38 R 1 R J R3

b Ac Ac Ac d Ac Ac H e Ac Ac Ts

OR2

CH3

27

OR2

,CH3

39 R 1 R 1 R3 51 R ' R 1

b Ac Ac Ac s H H d Ac H H b Ac H e Ac H Ts c H Ac f Ac Ao H d Ac Ac

2.12 A 16-metil-5a-androsztán-3p,17-diol izomerek előállításával egyrészt az

irodalomban már ismert 16a,17p (26) és 16p,17p (27) vegyületek fizikai

állandóit tudtuk helyesbíteni, másrészt az eddig ismeretlen 16a, 17a (51)

5

és a 16(3,17a (50) izomerek bizonyított konfigurációjú kiindulási

vegyületekből történő előállítását valósítottuk meg.

2.13 A 16-metíl-5a-androsztán-3(3,17-díol izomerek szelektív acetilezésével a

3-monoacetátokat, a 3,17-diacetátok szelektív hidrolízisével a 17-

monoacetátokat állítottuk elő, mely utóbbi vegyületek Jones-oxidációja

és azt követő hidrolízise a 16-metil-17-hidroxi-5a-androsztán-3-on

izomerekhez (30, 32, 54, 55) vezetett.

QAc OR

2.14 A 16a- és 16(3-metil-5a-androsztán-3(3,17a-diol (51, 50) izomerek

előállítására a 16-hidroximetil származékaikból történő redukció mellett

egy másik módszert - a megfelelő 17(3-hidroxi vegyületek inverziós

észterképzési reakcióját- is kidolgoztunk. A módszer legalkalmasabb

7

kísérleti körülményeinek kidolgozása céljából a modellvegyületként

alkalmazott 3-metoxiösztra-1,3,5(10)-trién-17(3-ol (68) illetve a 16a- és

16p-metil-3-metoxiösztra-1,3,5(10)-trién-17p-ol (15, 16) Mitsunobu-

reakcióját hajtottuk végre különböző oldószerben, nukleofilként

különböző aromás karbonsav alkalmazásával.

fenil 4-nitrofeniI 3,5-dinitrofenil 2,4-dinítrofenil

MeO'

OPNB 0113 OjNQUCOOH

73

16%

MeO'

OPNB

, C H 3 OJNCjHICOOH r j ^ ) , . ^

75

60%

74

2.15 Azt tapasztaltuk, hogy amíg a 16-szubsztituálatlan vegyület Mítsunobu-

reakciójához a vizsgált karbonsavak közül a 2,4-dinitrobenzoesav a

leghatékonyabb, addig a 16-metil származékok esetén a 4-

nitrobenzoesav a legalkalmasabb nukleofil komponens.

Oldószerként mind a toluol, mind a klórbenzol alkalmasnak bizonyult.

2.16 Azt találtuk, hogy a 16-hídroximetilösztra-1,3,5(10)-trién-3,17-diol

izomerek előállítására a 3-benziloxi-16-hídroximetílénösztra-1,3,5(10)-

trién-17-on jól alkalmazható kiindulási vegyület.

8

A 3-benziloxiösztra-1,3,5(10)-trién-17-on (79b) Claisen-

kondenzációjával és azt követő KBH4-es redukcióval a C-3-as

védőcsoport eltávolítása után megkaptuk a 16a- és 160-

hidroximetilösztra-1,3,5(10)-trién-3,17(3-diol (82, 81) és a 160-

hidroximetilösztra-1,3,5(10)-trién-3,17a-diol (83) izomereket.

BnO 7? R 80 R a H a H b Bn b Ac

R O'

R 0 '

81 R 1 R 2 R 3 82 R 1 R 2 R 3

a Bn H H a Bn H H b Bn Ac Ac b Bn Ac Ac c Bn - C ( C H 3 ) r c Bn H Ac

d H H H d H H H

OR2 OR3 • OR" OR3

X b „ C H ,

r r & 83 R 1 R 2 R3 84 R 1 R 2 R 3

a Bn H H a Bn H H

b Bn Ac Ac b Bn Ac Ac

c H H H c Bn H Ac d H H H

2.17 Megállapítottuk, hogy a 16a-acetoxímetil-3-benziloxlösztra-1,3,5(10)-

trién-17-on (85) Li(fBuO)3AIH-del történő redukciója során a 16a-

acetoximetil-170-hidroxi (82c) és a 16a-acetoximetll-170-hldroxl

vegyületek (84c) 4:1 arányú keveréke keletkezik, amelyek

9

elválaszthatók. Az utóbbi vegyület hidrolízise és azt követő

hidrogenolízise a még hiányzó 16a-hidroximetilösztra-1,3,5(10)-trlén-

3,17a-diolt (84a) szolgáltatta.

OH OAc

J L yCHj O OAc

BnO' 82c 85

Li(<BuO)3AlH

OH OAc | I JL ,,CH2

OH OAc

...CHj

BnO' BnO' 82c

2.18 A közepes tagszámú D-gyűrűt tartalmazó ösztronhomológok előállítását

a 82 és 83 16-p-tolilszulfoniloxímetil származékból szolvolitikus úton

nyerhető 92 D-szekoszteroldból oldottuk meg. Végrehajtottuk a 92 D-

szekoszteroid Grlgnard-reakcíóját o-brómbenzil-bromiddal, o-jódbenzll-

jodiddal és o-dibrómbenzollal. A kapott diasztereomer alkoholok arányát 1H-NMR-spektrumuk alapján, szerkezetüket 1H- és 13C-NMR-

spektroszkópiai illetve egy esetben röntgenkrisztallográfiás módszerrel

bizonyítottuk.

2.19 A Grlgnard-reakcló során kapott diasztereomer alkoholok (112a, 112b),

acetilezett (112d, 113d) valamint ketonná oxidált (115a, 115b)

származékainak Intramolekuláris Heck-reakcióját hajtottuk végre.

Megállapítottuk, hogy a termékösszetétel elsősorban a kiindulási

vegyület jellegétől függ.

10

2.20 Megállapítottuk, hogy a 17S konfigurációjú szabad hidroxilcsoportot

tartalmazó 112a és 112b Heck-reakciója során exo metiléncsoportot

(116a) illetve a gyűrűben kettőskötést tartalmazó 8-tagú D-gyűrüs

(117a) valamint fransz-helyzetü kettőskötéssel rendelkező 9-tagú D-

gyűrűs (118) ösztradiol származékok keletkeznek, míg az ugyancsak

17S konfigurációjú, de acetilezett kiindulási vegyület (112d) gyűrűzárási

reakciójában csak a 8-tagú D-gyűrűt tartalmazó vegyületek izolálhatok

(116b, 117b) jó nyeredékkel.

2.21 Azt találtuk, hogy a 17R konfigurációjú Grignard-termék acetilezett

származéka (113d) és a 17-oxo vegyület (115) Heck-reakciója hasonló

típusú termékek képződéséhez vezet: a fő termék mindkét esetben az

exo-metiléncsoportot tartalmazó 8-tagú D-homológ (119b, 121a, 121b),

a kisebb mennyiségben keletkező 9-tagú, c/sz-helyzetü kettős kötést

tartalmazó D-gyűrüs vegyület (120b, 122a, 122b) mellett. A kapott

vegyületek szerkezetét 1H- és 13C-NMR-spektoroszkópiai, a 122a

szerkezetét ezen túlmenően röntgenkrisztallográfiás módszerrel is

bizonyítottuk.

6

123 R a Me b H

2.22 A C-3-as helyzetben szabad hidroxilcsoportot tartalmazó D-

trihomoszteroid 123b előállítására a 3-benziloxí származék (115b)

Heck-reakciójával előállított 8-tagú gyűrűs vegyület hidrogenolízísét

hajtottuk végre, melynek során a 16-metiléncsoport is telítődött. A

vegyület kétdimenziós NOE spekruma segítségével megállapítottuk,

7

hogy az újonnan kialakult aszimmetriacentrum 16a helyzetű

metilcsoportot tartalmaz.

2.23 Azt találtuk, hogy a 92a szekoszteroid o-dibrómbenzollal végrehajtott

Grignard-reakciójával és azt követő oxidációval nyert 127 gyűrűzárási

reakciója az exo metiléncsoportot tartalmazó 128 és a kettős kötést

gyűrűben tartalmazó 129 7-tagú D-gyűrűs vegyületek keveréke, melyek

nehezen szétválasztható kritikus izomerpárt képeznek, de proton által

katalizált izomerizációval 128 129-cé alakítható.

(-)-kámforszulfonsav CHCI j

< 250 óra forraláa

2.24 Az előállított D-gyürüs ösztronhomológok, a 16-hidroximetilösztra-

1,3,5(10)-trién-3,17-diolok, valamint a 16-metil-5a-androsztán-3p,17-

diolok receptorkötődési vizsgálatra kerültek.

13

Tudományos közlemények

1. Microwave-induced Selective Deacetylation and Stereocpecific Acyl

Migration of Steroid Acetates on Alumina

Vass, A., Tapolcsányi, P., Wölfling, J., Schneider, Gy.

J. Chem. Soc., Perkin Trans.1., 1998, 2873-2875. IF: 1,925

2. Neighboring Group Participation. Part 14. The preparation of the four

stereoisomers of 16-hydroxymethyl-5a-androstane-3p,17-diol

Tapolcsányi, P., Wölfling, J., Schneider, Gy.,

Steroids, 2001, 66, 623-635. IF: 2,583

3. Configurational analysis and relative binding affinities of 16-methyl-5a-

androstane derivatives

Tapolcsányi, P., Wölfling, J., Tóth, I., Szécsi, M., Forgó, P.,

Schneider, Gy.

Steroids, 2001, (közlésre elfogadva) MS:32096 IF: 2,583

4. Synthesis and receptor binding examination of 16-hydroxymethyl-3,17-

estradiol stereoisomers

Tapolcsányi, P., Wölfling, J., Falkay, Gy., Márki, Á., Minorics, R.,

Schneider, Gy.

Steroids, 2001, (közlésre elfogadva) MS:43027 IF: 2,583

5. Novel Medium Ring Sized Estradiol for Interaction with Maxi K+ Channel

Tietze, L. F., Tapolcsányi P., Schneider, Gy., Wölfling, J., Müller, P.,

Noltemeyer, M., Sommer, K., Terlau, H.

Angew. Chem. 2001, (közlésre beküldve)

6. Tapolcsányi, P., Wölfling, J., Schneider, Gy.,

Mitsunobu inversion reaction of sterically hindred 17p-steroid alcohols

Tetrahedron, 2001, (közlésre előkészítve)

14

Tudományos előadások és poszterek

1. Tapolcsányi P., Wölfling J., Schneider Gy.

Izomer 16-metil-szteroldok előállítása és szerkezetigazolása

Kémiai Előadói Napok,

Szeged, 1996. október 28-30.

Program és előadásvázlatok 66. old.

2. Tapolcsányi P., Wölfling J., Schneider Gy.

Izomer 16-metil-szteroidok előállítása és szerkezetigazolása

XXIII. Országos Tudományos Diákköri Konferencia

Pécs, 1997. április

3. Tapolcsányi P.. Wölfling J., Schneider Gy.

Mitsunobu-reakció alkalmazása térgátolt 17|3-szteroídalkoholok esetén

Az MTA Szteroidkémiai Munkabizottságának ülése

Szeged, 1997. június 9.

4. Szécsi M., Tóth I., Tapolcsányi P.. Schneider Gy.

16-Metil-5a-androsztán származékok előállítása és biológiai vizsgálata

MTA Szteroidkémiai munkabizottságának ülése

Szeged, 1999. december 9.

5. Vass A., Tapolcsányi P., Wölfling J., Schneider Gy.

Mikrohullámú energiaközlés hatására végbemenő szteroid-

dezacetilezési reakciók

Vegyészkonferencia, Siófok, 1997. szeptember 1-3.

Előadásösszefoglalók 67.old.

15

6. A. Vass, P. Tapolcsányi, J. Wölfling, Gy. Schneider

Microwave-assisted deacetylation and acyl migration of steroid acetates

on alumina

XVII. Conference on Isoprenoides, Kraków, Poland, 21-26. Sept. 1997.

Abstracts p. 48

7. Tapolcsányi P., Wölfling J., Schneider Gy.

A Mitsunobu-reakció alkalmazása térgátolt alkoholok esetében

Vegyészkonferencia, Siófok, 1997. szeptember 1-3.

Elöadásösszefoglalók 69. old.

8. P. Tapolcsányi, J. Wölfling, M. Rózsa-Tarjáni, Gy. Schneider

Mitsunobu inversion reaction of sterically hindred 17p-steroid alcohols

XVII. Conference on Isoprenoides, Kraków, Poland, 21-26. Sept. 1997.

Absracts p. 49

9. Tapolcsányi P., Wölfling J., Schneider Gy.

Benzoiloxi szomszédcsoport-részvétel a 16-hidroximetil-5a-androsztán-

3p,17-diol izomerek sorában

Vegyészkonferencia, Eger, 1999. június 22-24.

Elöadásösszefoglalók 67. old.

10. Tapolcsányi, P.. Wölfling, J., Falkay, Gy., Márki, Á., Minorics, R.,

Schneider, Gy.

Synthesis and receptor binding studies of 16-hydroxymethyl-3,17-

estradiol stereoisomers

XXI. Advanced Course in Medicinal Chemistry and "E. Duranti" National

Seminar for Doctoral Students

Urbino, Italy, 1-5. July 2001.

Abstracts p. 149

16