|
|
|
Главная --> Справочник терминов Енольного равновесия Многочисленными экспериментами in vitro и in vivo было установлено, что биологической мишенью ендииновых антибиотиков является ДНК и что повреждение, вызываемое ими, состоит в разрыве цепей ДНК, причем в зависимости от природы агента могут происходить как одно -, так и двунитевые разрывы [40Ь]. Так, 291 обычно вызывает однонитевые разрывы, для 293 типичными являются двунитевые, а для дайнамицина А (294) наблюдаются оба типа повреждений ДНК. На характер действия антибиотика влияет также природа углеводных фрагментов молекулы. Например, нативный эспера-мицин AI (292) вызывает однонитевое расщепление ДНК, тогда как его аналог, полученный частичным гидролизом углеводной цепи, обнаруживает способность осуществлять двунитевое расщепление ДНК [40k]. Эти наблюдения, подкрепленные подробными кинетическими исследованиями [41d], указывали на то, что в ходе термической изомеризации цис-диэтинилалкенов образуются 1,4-дегидробензольныеинтермедиаты (например, 296а, 297а). «Гашение» этих бирадикалов радикальными ловушками (т. е. перенос атомов водорода, атомов хлора или атомов дейтерия в рассмотренных примерах) приводит к образованию ароматических соединений типа 298. По странному совпадению эти результаты были опубликованы как раз в тот момент, когда они понадобились, причем не теоретикам, а исследователям вышеупомянутых ендииновых антибиотиков. Наличие в этих антибиотиках ендииновой группировки и гемолитический характер вызываемых ими повреждений ДНК привели к заключению о ключевой роли циклоароматизации Бергмана в химизме взаимодействия этих агентов с ДНК. Правомерность такого предположения была подтверждена изучением различных аспектов реакционной способности ендииновых антибиотиков в сочетании с данными по их реакциям с нативной ДНК или синтетическими олигонуклсотидами. На основании результатов таких исследований было сформулировано вполне удовлетворительное общее для всей этой группы антибиотиков описание химических событий, ведущих в конечном счете к расщеплению молекулы ДНК. На схеме 4.91 оно представлено на примере калике а ми ци на у'i (293). систем и «устройств». Тем не менее, выяснение основных принципов, использованных Природой при изобретении этого вида «оружия», значительно облегчило поиски, направленные на разработку искусственно созданных аналогов ендииновых антибиотиков с аналогичной или модифицированной картиной биологической активности. Конечная цель этих исследований состоит в том, чтобы создать действующую модель упомянутых антибиотиков, способную осуществлять аналогичное повреждение ДНК опухолевых клеток и пригодную в качестве противоракового лекарственного средства. В химических терминах это означает, что такие потенциальные лекарственные средства должны обладать следующими особенностями: а) содержать фрагмент, способный в мягких условиях претерпевать циклизацию Бергмана; б) содержать фрагмент, способный играть роль предохранителя и спускового механизма, запускающего эту реакцию в подходящий момент; в) нести функциональную группу, которая пригодна для присоединения дополнительных остатков, необходимых для эффективной доставки агента к мишени и образования сайт-селективного интеркаллята ДНК/лекарство. Предварительные исследования в этой области были направлены на выяснение структурных предпосылок, определяющих легкость и эффективность циклизации Бергмана. В терминах использованной нами военной аналогии эту часть общей проблемы можно рассматривать как конструирование «боеголовки». Следующим этапом в биомиметике ендииновых антибиотиков была разработка водорастворимых производных типа диола 305, пригодных для испытаний в качестве агентов, воздействующих на ДНК. Было установлено, что конверсию 305 -» 306 можно проводить в воде в присутствии ДНК. При этом наблюдалось расщепление двунитевой ДНК [42Ь]. Таким образом, ди- Следует подчеркнуть, что до сих пор ВСЕ успехи в этой области ограничивались дизайном упрошенных аналогов, способных воспроизводить только само расщепление ДНК природными прототипами. Между тем, структуры всех ендииновых антибиотиков содержат также домены, составляющие элементы систем доставки агента к мишени и его селективного связывания с этой мишенью (см. выше). Функционирование этих систем управляется гораздо более прихотливыми взаимодействиями между вовлеченными в события молекулами, которые пока затруднительно недвусмысленно интерпретировать в терминах «причины и следствия» (ср. обсуждение вопросов молекулярного узнавания в разд. 4.2.3). Поэтому рациональный дизайн структурных фрагментов, которые следует присоединить к молекуле аналога с тем, чтобы он и в этом отношении функционировал подобно природному образцу, представляет несравненно более трудную задачу. Пока что достижения в этом направлении не слишком выразительны и основаны главным образом на чисто эмпирическом варьировании природы «привесков» (таких, как ароматические циклы или углеводные остатки) [40Ь]. Тем не менее, гсть все основания ожидать, что накопление экспериментальных данных в конечном итоге принесет реальный прорыв в понимании основных особенностей явлений молекулярного узнавания и связывания, что сделает возможным создание более изощренных моделей, наделенных способностью к специфическому связыванию с ДНК. Область химии ендииновых антибиотиков еще очень молода. Ей было всего четыре года, когда (в 1991 г.) уже был опубликован первый исчерпывающий обзор на эту тему [40Ь]. В нем, в частности, говорилось: «Редко случалось раньше, чтобы впервые открытый класс природных соединений создавал бы такие возбуждающие стимулы к развитию химии, биологии и медицины, как это случилось с ендиинами. Возможности, которые они открывают для новых творческих свершений, могут быть перекрыты только потенциальными терапевтическими и биотехнологическими приложениями... Определенно можно надеяться, что в скором времени ряд этих целей В сущности, химия ендииновых антибиотиков началась до их обнаружения в природных источниках в виде совершенно не относящегося к химии природных соединений открытия. Как уже упоминалось выше, исследования группы Бергмана п начале 70-х годов исходили из спекулятивных соображений о возможности генерации 1,4-дегидробензола. Это была интересная, хотя и чисто «академическая» задача, формулировка которой могла служить просто еще одним примером врожденной склонности и способности органической химии к созданию своего объекта исследований, В результате загадка 1,4-дегидробензола была действительно решена, и этот результат имел все шансы застыть навсегда в учебниках как пример красивого решения волнующей теоретической задачи, не сулящей какого-либо развития даже для лабораторного органического синтеза, не говоря уже о практических приложениях. Однако уже в следующие несколько лет ситуация изменилась драматически — было сделано открытие, что Природа избрала именно такой путь для генерации 1,4-бирадикалов как эффективный инструмент для повреждения ДНК. Неудивительно поэтому, что работы Бергмана цитируются практически во всех текущих публикациях по механизму действия противоопухолевых антибиотиков и попыткам воспроизведения этой активности на искусственных моделях, Уместно будет попутно заметить, что удивительно высокий темп прогресса синтетических работ в этой области стал возможен благодаря обширному набору методов построения ендиинов и ендииновых фрагментов, разработанных ранее в ходе столь же академических («бесполезных» с обывательской точки зрения) исследований. Таким образом, снова и снова мы видим подтверждение справедливости давнего парадоксального высказывания А. Н, Несмеянова: «Нет ничего более практичного, чем хорошая теория». Многочисленными экспериментами in vitro и in vivo было установлено, что биологической мишенью ендииновых антибиотиков является ДНК и что повреждение, вызываемое ими, состоит в разрыве цепей ДНК, причем в зависимости от природы агента могут происходить как одно -, так и двунитевые разрывы [40Ъ]. Так, 291 обычно вызывает однонитевые разрывы, для 293 типичными являются двунитевые, а для дайнамицина А (294) наблюдаются оба типа повреждений ДНК. На характер действия антибиотика влияет также природа углеводных фрагментов молекулы. Например, нативный эспера-мвдин А1 (292) вызывает однонитевое расщепление ДНК, тогда как его аналог, полученный частичным гидролизом углеводной цепи, обнаруживает способность осуществлять двунитепое расщепление ДНК [40k]. Эти наблюдения, подкрепленные подробными кинетическими исследованиями [41 d], указывали на го, что в ходе термической изомеризации цис-диэтинилалкенов образуются 1,4-дегидробензольные интермедиаты (например, 29ба, 297а). «Гашение» этих бирадикалов радикальными лопушками (т. е. перенос атомов водорода, атомов хлора или атомов дейтерия в рассмотренных примерах) приводит к образованию ароматических соединений типа 298, По странному совпадению эти результаты были опубликованы как раз в тот момент, когда они понадобились, причем не теоретикам, а исследователям вышеупомянутых ендииновых антибиотиков. Наличие в этих антибиотиках ендииновой группировки и гемолитический характер вызываемых ими повреждений ДНК привели к заключению о ключевой роли циклоароматизации Бергмана в химизме взаимодействия этих агентов с ДНК. Правомерность такого предположения была подтверждена изучением различных аспектов реакционной способности ендииновых антибиотиков в сочетании с данными по их реакциям с нагигшой ДНК или синтетическими олигонуклсотидами. На основании результатов таких исследований было сформулировано вполне удовлетворительное общее для всей этой группы антибиотиков описание химических событий, ведущих в конечном счете к расщеплению молекулы ДНК. На схеме 4.91 оно представлено на примере каликеамицина у1 \ (293). 18.38. Как влияют растворители на положение ке-то-енольного равновесия ацетоуксусного эфира? Истинный механизм присоединения воды по тройной связи (а НЕ механизм кето-енольного равновесия) довольно сложен. Эта реакция требует не только присутствия сильной кислоты (например, серной кислоты), но и наличия иона двухвалентной ртути, что достигается обычно прибавлением сульфата ртути HgS04 к реакционной смеси. Роль Hg2® в данной реакции еще не изучена до конца. По-видимому, он играет не единственную роль в данной реакции, а участвует в образовании аддукта с тройной связью, который представлен ниже: р-КЕТОКИСЛОТЫ. При нагревании (З-кетокислоты легко подвергаются декарбоксилированию с образованием кетонов. Эта реакция протекает по циклическому механизму, показанному ниже. Заметьте, что конечный продукт образуется в результате кето-енольного равновесия. Региоселективность реакции зависит от кетио-енольного равновесия в карбониль- из рассмотрения, то константа кето-енольного равновесия будет Таблица 4.2.^ Констайты8 кето-енольного равновесия и мольные доли3 кето-енольного равновесия ацетоуксусного эфира и ацетилаце- Таблица 4.3. Параметры кето-енольного равновесия 3-бензоялкамфоры смещения кето-енольного равновесия успешную проверку с по- Многие превращения функциональных групп в 1,2,4-оксадиазо-лах сравнимы с реакциями, известными из химии ароматических соединений, однако реакции заместителей в положениях 3 и 5 могут протекать по-разному. Положение кето-енольного равновесия для 3- и 5-гидроксизамещенных оксадиазолов различно (схемы 162, 163): у первого преобладает гидроксиформа, у второго— кетоформа, хотя на положение равновесия оказывают влияние и растворители [138]. При действии диазометана образуются О- и jV-4-метилзамещенные, в то время как при использовании других метилирующих агентов возможно /V-метилирование [138]. 5-Аминозамещенные существуют в аминоформе, как и 5-аминоизоксазолы. Алкоксикарбонильные группы устойчивы, но карбоксигруппа в положении 3 склонна к декарбоксилирова-нию. Литирование 5-метил-3-фенил-1,2,4-оксадиазола приводит к ожидаемому литиевому производному по метильной группе, которое реагирует обычным образом, например с диоксидом углерода. При обработке 3-метил-5-фенил-1,2,4-оксадиазола н-бутил-литием (схема 164) [138] нуклеофильная атака направляется Установлено, что кетонная форма более полярна, чем енольная циклическая, поэтому константа кето-енольного равновесия  Единичных кристаллов Енольного равновесия Естественное содержание Единственный известный Единственным направлением Единственным веществом |
- |
Навигация