SYNTHESIS OF A 1,2,3-TRIAZOLE-CONTAINING MACROCYCLE BASEDON THE "CLICK CHEMISTRY" REACTION AND ANALYSISOF ITS PLANAR CHIRALITY USING NMR AND DFT CALCULATIONS: DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2020.1(57).14

Hanna Yampolska; Serhii Kharchenko; Andriy Kozytskyi; Andriy Kyrylchuk; Zoya Voitenko; Oleksandr Grygorenko

Автор(и)

Ганна Ямпольська Київський національний університет імені Тараса Шевченка , ТОВ НВП "Єнамін"
Сергій Харченко ТОВ НВП "Єнамін"
Андрій Козицький Інститут фізичної хімії імені Л. В. Писаржевського НАН України , ТОВ НВП "Єнамін"
Андрій Кирильчук Інститут органічної хімії НАН України
Зоя Войтенко Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Олександр Григоренко Київський національний університет імені Тараса Шевченка; ТОВ "НВП "Єнамін" https://orcid.org/0000-0002-6036-5859

Ключові слова:

макроцикл, клік-хімія, планарна хіральність, ЯМР, розрахунки DFT

Анотація

Синтезовано 16-членний макроцикл, що містить 1,2,3-триазольне кільце, спіро-піперидиновий фрагмент і хіральний атом вуглецю. Використаний підхід до отримання макроциклу був натхнений стратегією "будування/сполучення/з'єднання" (BCP) методології син- тезу, орієнтованого на різноманітність (DOS). Використання легкодоступних реагентів і надійних синтетичних процедур, включаючи методи клік-хімії, дозволило отримати цільовий макроцикл із високим виходом. Віднесення сигналів у спектрах ЯМР 1H і 13C макроциклу проводили з використанням ряду двовимірних методів ЯМР. Оскільки макроциклу одночасно була притаманна планарна хіральність і присутній стереоцентр із наперед відомою конфігурацією, запропоновано можливі структури діастереомерів. Це припущення було під- тверджене за допомогою ряду методів ЯМР-спектроскопії та розрахунків DFT. Обидва методи свідчать про те, що внутрішньомолеку- лярні водневі зв'язки відіграють важливу роль у стабілізації структур діастереомерів. Згідно з експериментом ЯМР із варіюванням температури, взаємоперетворення двох діастереомерів не відбулося навіть під час нагрівання до 70 °C.

Посилання

1. Driggers E. M. The exploration of macrocycles for drug discovery - an underexploited structural class / E. M. Driggers, S. P. Hale, J. Lee, N. K. Terrett // Nat. Rev. Drug Discov. – 2008. – Vol. 7. – №. 7. – P. 608–624.

2. Mallinson J. Macrocycles in new drug discovery / J. Mallinson, I. Collins // Future Med. Chem. – 2012. – Vol. 4, № 11. – P. 1409–1438.

3. Abdelraheem E. M. M. Artificial macrocycles / E. M. M. Abdelraheem, S. Shaabani, A. Dömling // Synlett. – 2018. – Vol. 29. – № 9. – P. 1136–1151.

4. Yudin A. K. Introduction: macrocycles / A. K. Yudin // Chem. Rev. – 2019. – Vol. 119. – № 17. – P. 9723.

5. Dougherty P. G. Macrocycles as protein-protein interaction inhibitors / P. G. Dougherty, Z. Qian, D. Pei // Biochem. J. – 2017. – Vol. 474. – № 7. – P. 1109–1125.

6. Structure-based design of non-natural macrocyclic peptides that inhibit protein-protein interactions / D. M. Krüger, A. Glas, D. Bier, N. Pospiech, K. Wallraven, L. Dietrich, C. Ottmann, O. Koch, S. Hennig, T.N. Grossmann // J. Med. Chem. – 2017. – Vol. 60. – № 21. – P. 8982–8988.

7. Macrocyclic peptides as regulators of protein-protein interactions / Y. Jiang, H. Long, Y. Zhu, Y. Zeng // Chinese Chem. Lett. – 2018. – Vol. 29. – № 7. – P. 1067–1073.

8. Schreiber S. L. Target-oriented and diversity-oriented organic synthesis in drug discovery / S. L. Schreiber // Science. – 2000. – Vol. 287. – № 5460. – P. 1964–1969.

9. A diversity-oriented synthesis strategy enabling the combinatorial-type variation of macrocyclic peptidomimetic scaffolds / A. Isidro-Llobet, K. Hadje Georgiou, W. R. J. D. Galloway, E. Giacomini, M.R. Hansen, G. Méndez-Abt, Y.S. Tan, L. Carro, H.F. Sore, D.R. Spring // Org. Biomol. Chem. – 2015. – Vol. 13. – № 15. – P. 4570–4580.

10. Modular synthesis of diverse natural product-like macrocycles: discovery of hits with antimycobacterial activity / M. Dow, F. Marchetti, K. A. Abrahams, L. Vaz, G.S. Besra, S. Warriner, A. Nelson // Chem. Eur. J. – 2017. – Vol. 23. – № 30. – P. 7207–7211.

11. The synthesis of structurally diverse macrocycles by successive ring expansion / C. Kitsiou, J. J. Hindes, P. I'Anson, P. Jackson, T. C. Wilson, E. K. Daly, H. R. Felstead, P. Hearnshaw, W. P. Unsworth // Angew. Chem. Int. Ed. – 2015. – Vol. 54. – № 52. – P. 15794–15798.

12. Kolb H. C. Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions / H. C. Kolb, M. G. Finn, K. B. Sharpless // Angew. Chem. Int. Ed. – 2001. – Vol. 40. – № 11. – P. 2004–2021.

13. Biocatalytic synthesis of planar chiral macrocycles / C. Gagnon, É. Godin, C. Minozzi, J. Sosoe, C. Pochet, S. K. Collins // Science. – 2020. – Vol. 367. – № 6480. – P. 917–921.

14. Armarego W. L. F. Purification of laboratory chemicals. 6th ed. / W. L. F. Armarego, C. Chai. – Butterworth-Heinemann : Elsevier, 2009.

15. Electronic structure calculations on workstation computers: the program system turbomole / R. Ahlrichs, M. Bär, M. Häser, H. Horn, C. Kölmel // Chem. Phys. Lett. – 1989. – Vol. 162. – № 3. – P. 165–169.

16. Furche F. Turbomole / F. Furche, R. Ahlrichs, C. Hättig, W. Klopper, M. Sierka, F. Weigend // Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. – 2014. – Vol. 4. – № 2. – P. 91–100.

17. Becke A. D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior / A. D. Becke // Phys. Rev. A. – 1988. – Vol. 38. – № 6. – P. 3098–3100.

18. Perdew J. P. Density-functional approximation for the correlation energy of the inhomogeneous electron gas / J. P. Perdew // Phys. Rev. B. – 1986. – Vol. 33. – № 12. – P. 8822–8824.

19. Whitten J. L. Coulombic potential energy integrals and approximations / J. L. Whitten // J. Chem. Phys.– 1973. – Vol. 58. – № 10. – P. 4496–4501.

20. Dunlap B. I. On some approximations in applications of Xα theory / B. I. Dunlap, J. W. D. Connolly, J. R. Sabin // J. Chem. Phys. – 1979. – Vol. 71. – № 8. – P. 3396.

21. Vahtras O. Integral approximations for LCAO-SCF calculations / O. Vahtras, J. Almlöf, M. W. Feyereisen // Chem. Phys. Lett. – 1993. – Vol. 213. – № 5–6. – P. 514–518.

22. Auxiliary basis sets to approximate coulomb potentials / K. Eichkorn, O. Treutler, H. Öhm, M. Häser, R. Ahlrichs // Chem. Phys. Lett. – 1995. – Vol. 240. – № 4. – P. 283–289.

23. Schäfer A. Fully optimized contracted gaussian basis sets of triple zeta valence quality for atoms Li to Kr / A. Schäfer, C. Huber, R. Ahlrichs // J. Chem. Phys. – 1994. – Vol. 100. – № 8. – P. 5829–5835.

24. Planar chirality of imidazole-containing macrocycles-understanding and tuning atropisomerism / E. Van Den Berge, J. Pospíšil, T. Trieu-Van, L. Collard, R. Robiette // Eur. J. Org. Chem. – 2011. – Vol. 2011. – № 33. – P. 6649–6655.

25. Hong J. The protein amide 1HN chemical shift temperature coefficient reflects thermal expansion of the N–H···O=C hydrogen bond / J. Hong, Q. Jing, L. Yao // J. Biomol. NMR. – 2013. – Vol. 55. – № 1. – P. 71–78.

26. Hydrogen bonds in human ubiquitin reflected in temperature coefficients of amide protons / T. Cierpicki, I. Zhukov, R. A. Byrd, J. Otlewski // J. Magn. Reson. – 2002. – Vol. 157. – № 2. – P. 178–180.