Uchebnik

Установление тонкой структуры алкалоидов

Тонкие особенности структур отдельных алкалоидов определяют комплексом химических и физико-химических методов: температура плавления, удельное вращение, получение производных для доказательства функциональных групп, хроматографическое сопоставление на бумаге или в тонком слое с образцами-метчиками (СО, РСО, ГСО) и при необходимости - спектральными методами (УФ-, ИК-, ПМР-, 13С-ЯМР-, масс-). При этом основные закономерности идентификации структурных элементов молекул и функциональных групп, описанные для любых органических веществ, сохраняются и для алкалоидов, например:

Гигрин из растения кока: УФ-спектр малоинформативен, т.к. в нем идентифицируют только неподеленные пары электронов атомов азота и кислорода карбонильной группы, и n * переход

для связи С=О.

В ИК-спектре проявятся С=О группа, третичный азот и связи С-Н. Наиболее информативным для этой структуры будет 13С-ЯМР, [α]D и ПМР.

Очень токсичный кониин из болиголова не содержит функциональных групп, поэтому для него УФ- и ИК-спектры вообще не информативны.

Очень трудно отличить между собой корумдизинин от корумзидина, конволидин и конфомин, никотин и анабазин, атропин и кокаин и др. В таких случаях информативными будут рентгенограммы и 13С-ЯМР или комплекс химических и спектральных данных. Как правило, для описания разнообразных структур алкалоидов используется комплекс спектральных данных.

ИК (КBr, , cм-1): 3422, 3000-2880, 1706(а), 1647, 1591, 1481, 1380, 870, 818. 1Н-ЯМР (CDCl3, δ, м.д.): 8.10 (С=О), 7.67-7.45, 6.85, 5.30, 4.60, 4.08, 3.80

(ОСН3).

Сибиридин, Тпл.192-1930С.

УФ (ЕtОH, max, нм): 220, 280-295, 307, 320 (4.1, 3.51,

3.46, 3.54)

ИК (КBr, , cм-1): 3128, 3008, 2225, 1708, 1665, 1631,

1585, 1538, 1500, 1475, 1453, 865, 843, 807, 776, 767, 742 1Н-ЯМР (CD3ОD, δ, м.д.) δ.м.д.: 9.20-7.85, 4.8 (brs)

m/z (70eV): 222, 221, 220, 130, 129(100), 128, 103, 102, 91, 78, 77, 76, 75.

71

76

дезоксивазициноны

ИК (КBr, , cм-1) (а, b): 1681-1675(С=О), 1619-1614, 1570-1562 (C-N) m/z (70eV) (а): 200(100), 186, 185(М+-СН3), 60), 144, 119(64)

(b): 276(100), 199 (М+-С6Н5), 185 (М+-СН2С6Н5), 145 1Н-ЯМР (CDCl3, δ, м.д.) δ.м.д.: 8.12, 7.8-7.2(Н-6,7,8) 4.15, 3.85, 2.45, 1.4

1Н-ЯМР (CD3ОD, δ, м.д.) δ.м.д.: 8.13 (Н-5), 7.85-7.25 (Н-6,7,8), 4.1, 3.87, 2.87, 2.25.

Дитерпеноидный алкалоид из аконита джунгарского, обладающий антиаритмической активностью, 12-ацетил-12-эпинапеллин имеет структуру:

Анализ длин связей свидетельствует о том, что величины ординарных Сsp3- Сsp3- связей колеблются в широком интервале 1.515-1.582 Å, хотя гетеросвязи С-N и гидроксильных групп стабильны в пределах соответственно

1.472-1.479 Å и 1.433-1.437 Å. Длины двойной связи (С16-С17) и связей в ОАс-

группе также близки к среднестатистическим значениям.

По анализу упаковки в структуре 1 видно, что молекулы в кристалле образуют межмолекулярные Н-связи типа О-Н…О и О-Н…N. Однако последний тип Н-связи довольно слабый (расстояния О4…N 3.085 и О4-Н…N 2.496 Å, угол О4-Н…N 117.40). Гидроксильная группа в положении С1 исходной молекулы алкалоида связывается Н-связью с гидроксильной группой в положении С15, преобразованной винтовой осью расстояния О1…О4 2.881 Å и О1-Н…О4 2.030 Å, угол О1-Н…О4 158.60. В результате образуется бесконечная цепь, направленная вдоль оси b.

Исследования последних лет показали целесообразность химической трансформации доступных алкалоидов для снижения их токсичности и целенаправленного изменения биоактивности. Например, на основе анабазина и никотина получены продукты их электрокаталитического восстановления и взаимодействия с ангидридами дикарбоновых кислот, структуры которых установлены комплексом спектральных данных:

73

N’-Анабазиниламид о-фталевой кислоты (1). Tпл. 219-2210С.

ИК (КBr, , cм-1): 3030, 725 (бензольное кольцо), 2948-2857 (СНAlk); 26202550, (СООН); 1714 (СО); 1640 (СО); 1597, 1572, 1480, 771 (пиридиновый

цикл).

1Н-ЯМР (СD3OD, δ, м.д., J/Гц): 1.5 (2Н, s, Н-4’); 1.8 (2Н, d, Н-3’); 2.56 (2Н, s, J=7, Н-2’); 3.28 (2Н, s, Н-2’); 7.60 (td, J1=3.5, Н-3); 7.70 (td, J=3.5, Н-2); 8.13 (dd, J=19, Н-5); 8.50 (brs, Н-4).

m/z (70eV): 311, 310 (М+), 163, 162, 161(100), 134, 133, 105, 104, 92, 85, 84, 76, 52, 51, 50, 28.

N’-Анабазиниламид малеиновой кислоты (2). Tпл. 150-1520С.

ИК (КBr, , cм-1): 2952-2869 (СНAlk); 2620-2500 (СООН), 1700 (СО); 1650 (СО); 1618 (СН=СН-цис); 1599, 1582, 1470, 783 (пиридиновый цикл).

1Н-ЯМР (СD3OD, δ, м.д., J/Гц): 1.20 (2Н, t, Н-3’); 1.30 (2Н, t, Н-5’); 1.60 (2Н, d, 2J=3.2, Н-3’); 2.49 (2Н, t, Н-6’); 6.16 (2Н, d, 2J=12, СН=СН); 6.81 (d, J=11.6, Н- 3); 7.50 (t, J1=2.8, J2=8, Н-4); 8.00 (d, J=7.6, Н-6); 8.67 (brs, Н-2).

m/z (70eV): 243 (M+), 242, 215, 188, 163, 162, 161(100), 144, 134, 133, 120, 119, 106, 85, 84, 65, 55, 54, 39, 29, 28.

N’-Анабазиниламид янтарной кислоты (3). Tпл. 191-1930С.

ИК (КBr, , cм-1): 2938-2862 (СНAlk); 2620-2520 (СООН), 1721 (СО); 1651 (СО); 1599, 1577, 1481, 780 (пиридиновый цикл).

1Н-ЯМР (СDCl3, δ, м.д., J/Гц): 1.52 (4Н, m, Н-3’, Н-5’); 1.85 (m, Н-4’); 2.30 (m, Н-4’); 2.67 (5Н, 2Н, m, Н-6’, 2Н, СН2 и 1Н, Н-2’); 3.68 (2Н, m, СН2), 5.94 (brs, ОН); 7.27 (dd, Н-5, J=7.5); 7.56 (d, Н-4, J=7.3); 8.42 (d, Н-6, J=7.5); 8.44 (brs, Н-2).

13С-ЯМР (СDCl3, δ, м.д.): 19.40 (t, С-4’); 25.55 (t, С-3’); 26.53 (t, С-5’); 41.75 (t, С-6’); 49.04 (d, С-4’); 57.74 (2СН2); 123.77 (d, С-5); 135.30 (s, С-3); 135.76 (d, С-4); 146.48 (d, С-2); 146.83 (d, С-6); 171.15 (s, С=О); 175.59 (s, С=О).

m/z (70eV): 262 (M+), 161(100), 133, 84, 55, 18.

74

N’-Гексагидроникотиниламид о-фталевой кислоты (4). Tпл. 158-1600С.

ИК (КBr, , cм-1): 3030 (Ar-H); 2940-2860 (СНAlk); 2793 (СН3-N); 2400 (СООН), 1696 (СО); 1649 (СО); 1370 (СН3).

1Н-ЯМР (СDCl3, δ, м.д.): 1.50 (2Н, d, Н-3’); 1.80 (3Н, brt, 3J=6.8, СН3); 2.55 (2Н, t, Н-6); 2.79 (2Н, d, Н-6’); 3.08 (2Н, d, Н-2’), 3.6 (2Н, brt, СН2); 7.31 (d, Н-3);

7.60(m, Н-2); 7.80 (dd, Н-5); 8.4 (t, Н-4).

N’-Гексагидроникотиниламид малеиновой кислоты (5).

ИК (KBr, , см1): 2941-2864 (СHAlk); 2741 (CH3-N); 2533 (СООН), 1712 (СО); 1650 (СО); 1610 (СН=СН); 1380 (СН3).

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д., J/Гц): 1.25 (2Н, t, 2J2=7.2, 2J1=7.0, Н-4); 1.60 (2Н, d, Н-3); 1.80 (2Н, brt, 3J=6.8, Н-6); 1.98 (2Н, brs, Н-2), 2.11 (2Н, brt, 2J1=4.8, 3J2=11.0, Н-2’); 2.31 (brs, Н-2); 2.39 (3Н, t, J1=7.6; J2=16.8, N-CH3); 2.79 (2Н, d, Н-5); 3.08 (2Н, d, Н-2); 6.22 (2Н, q, СН=СН); 9.7 (brs, СООН).

α,β’-Дипиперидил-N,N’-диамид бис-о-фталевой кислоты (7). Tпл. 1801820С.

ИК (KBr, , см1): 3030 (Ar-H); 2936-2870 (CHAlk) 2560-2500 (СООН), 1710 (СО); 1640 (СО).

1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д., J/Гц): 1.21 (2Н, t, 2J2=7.2, 2J=6.8, Н-5’); 1.44 (2Н, brt, Н-3); 1.87 (2Н, brs, Н-2); 2.22 (2Н, d, Н-2); 2.90 (2Н, d, Н-6), 3.20 (2Н, s, С-4’); 7.20 (q, Н-3); 7.48 (m, Н-2); 7.90 (m, Н-5); 7.96 (t, J1=5.2; J=9.2, Н-4).

m/z (70eV): 232(M+), 169, 168, 149, 125, 124, 112, 110, 104, 96, 85, 84(100), 76, 68, 57, 56, 41, 30, 28, 18.

α,β’-Дипиперидил-N,N’-диамид бис-малеиновой кислоты (8). Tпл. 72750С.

ИК (KBr, , см1): 2925-2850 (CHAlk); 2610-2510 (СООН), 1698 (СО) 1620 (СН=СН).

13С-ЯМР (СDCl3, δ, м.д.): 21.35 (t, С-5); 21.65 (t, С-5’); 23.05 (t, С-4); 24.53 (t, С-3); 35.99 (d, С-3’); 43.23 (t, С-2’); 44.74 (t, С-6’); 44.93 (t, С-6); 135.64 (d, 4СН); 167.52 (s, С=O).

m/z (70eV): 363 (M+), 347, 168, 84(100).

α,β’-Дипиперидил-N,N’-диамид бис-малеиновой кислоты (9). Tпл. 72750С.

ИК (KBr, , см1): 2925-2850 (CHAlk); 2510-2500 (СООН), 1700 (СО). 1Н-ЯМР (CDCl3, , м.д., J/Гц) 1.21 (2Н, t, J=6.8, Н-4); 1.27 (2H, t, J=6.8, Н-4);

1.27 (2H, t, J=7.0, H-5); 1.43 (2Н, brs, Н-3); 2.10 (2Н, d, Н-2), 2.52 (2Н, t, Н-6);

2.83(2Н, t, Н-6), 4.50 (4Н, m, СН2-СН2).

Спектральные данные корумдизинина показали, что он отличается от

корумзидина радикалом NCH3 NC2H5. Эти алкалоиды относятся к дитерпеноидным и присутствуют вместе с другими родственными структурами в Delphinium corymbosum:

R= C2H5, R1+R2=CH2 – корумдизин

R= CH3, R1=R2=CH2 – корумдизинин

75

Природа радикала при азоте (CH3 или C2H5) была установлена сравнением со спектрами кордизина С20 – дитерпеноидного алкалоида имеющего N-C2H5 замещение:

 Только данными рентгеноструктурного анализа удалось установить стереохимию алкалоидов кодонопсина и кодонопсинина из растения Codonopsis семейства колокольчиковые, поскольку их, УФ, ИК, ПМР и массспектры, а также химические превращения (окисление KMnO4 и йодной кислотой, Гофмановский распад) были идентичными:

Для РСА был получен йодметилат кодонопсина и по результатам анализа установлены различия и абсолютная конфигурация этих соединений,

соответственно: N-метил-2-(R)-α-метил-3(R)-β-окси-4(R)-α-окси-5(R)-β-(3,4-

диметоксифенил)пирролидина и N-метил-2-(R)-α-метил-3(R)-β-окси-4(R)-α- окси-5(R)-β-(4-метоксифенил)пирролидина.

Более сложные структуры из морских грибов Aspergillus fumigatus, получены экстракцией смесью хлороформ: спирт 2:1 с последующим разделением на колонке с силикагелем L40/100, элюируя последовательно хлороформом и хлороформ: спирт 10:1 и 5:1 и разделяя элюаты методом ВЭЖХ на колонках Silacopi Si (этилацетат-гексан 4:1) и Диасфер-110-С18 (55% метанол).

76

 При сравнительном исследовании алкалоидов культивированных и дикорастущих видов Berberis удалось идентифицировать новые структуры, например, туркоманина, туркоманидина, туркамина и др., являющихся структурными аналогами папаверина:

Как видно, структуры новых алкалоидов настолько близки между собой, что идентификация их стала возможной при сравнении литературных и экспериментальных спектров для большого числа алкалоидов нескольких видов барбарисов. Более 1000 структур алкалоидов различных растений исследованы комплексом химических и физико-химических методов в Институте растительных веществ Узбекистана.

 Разработан методический подход комплексного исследования димерных алкалоидов методом ЯМР и расчетами моделирования, что привело к установлению структуры нового алкалоида нумуларина из листьев барбариса. В УФ-спектре λmax 284 нм является характерной для тетрагидроизохинолинов; m/z: 329, 314, 192, 178, 137(100) - такая схема фрагментации характерна для алкалоидов 1-метил-N-бензилизохинолинового ряда, масса 314 подтверждает наличие CH3 при C1.

Метилированием диазометаном получен его О,О-диметиловый эфир, идентичный по ТСХ и ИК-спектру с О-метилбернумицином. Это свидетельствует о том, что заместители в кольцах А и С занимают положения 6,7 и 3’, 4’.

Спектр ПМР представлен четырьмя однопротонными мультиплетами при 2.75, 3.25, 2.88 и 2.96 м.д. протонов метиленовых групп в положении 3 и 4, двумя однопротонными дублетами при 3.76 и 3.87 м.д. с КССВ 2J=13.0 Гц, трехпротонным дублетом при 1.55 м.д. (3J=6.5Гц), однопротонным квадруплетом при 3.96 м.д. (3J=6.5Гц) и двумя синглетами протонов метоксигрупп при 3.98 и 4.03 м.д. в алифатический части спектра. В ароматической части спектра присутствуют два однопротонных синглета при 6.71 и 6.78 м.д., характерные для пара-расположенных протонов, а также сигналы ароматической системы расщепленной по типу АВС: дублет при 7.05 м.д. с ортоконстантой 3J=8.2 Гц, дублет при 7.05 м.д. с мета-константой 4J=2.1 Гц и дублет-дублетов при 6.79 м.д. с константами 3J=8.2 и 4J=2.1 Гц.

77

Проведением ряда экспериментов по измерению ядерного эффекта Оверхаузера установлено, что метокси-группы расположены в кольце А при С- 7, а в кольце С при С-4’.

С применением многоимпульсных 1H-ЯМР-, 13С-ЯМР-, DEPT, COSY и численного анализа значений КССВ была пересмотрена структура дипегина из

Peganum harmala для которого ранее была предложена структура димера с С4-11’ типом связи, однако установлен мостик С4-9’, 2 его энантиомера и новый димерный хиназолоновый алкалоид дипегинол, структура которого установлена указанными выше методами.

В ПМР-спектре в растворителе DMSO, замедляющем протонный обмен, OH-протон резонирует при 6.90 м.д.

Из корней Arundo donax выделен новый алкалоид арундамин структура которого установлена рентгеноструктурным анализом и показано, что это димер двух известных индольных алкалоидов диптерина и буфогенина.

 Гидролизом лаппаконитина концентрированной HCl получен N- дезацетиллаппаконитин и 2 сопутствующих 14- и 16-деметил производных, структуры которых установлены методом PCA, 13С-ЯМР и химическими превращениями:

78

4-О-(2-Аминобензоил)-1α,14α-диметокси-20-этилаконитан-4,8,9,16β-

тетрол (16-деметил-N-дезацетиллаппаконитин) (3), Тпл. 256-2580С (с разл., из

МеОН), [α]578 +20.4 (с 1.5, CHCl3).

УФ (ЕtOH, λmax, нм (lgε)): 219 (4.45), 248 (3.90), 338 (3.74).

ИК (KBr, , см-1): 753, 995, 1041, 1098, 1147, 1210, 1244, 1298, 1321, 1363, 1381, 1454, 1488, 1560, 1586, 1617, 1684, (С=О), 2822, 2864, 2917, 2935, 2970, 3383, (HN), 3499 (OH).

1Н-ЯМP (CDCl3, δ, м.д., J/Гц): 1.08 (t, 3Н, NCH2Мe,J=7); 3.25, 3.49 (s, 3Н, 1- и 14-ОMе); 5.61 (brs, 2Н, NH2); 6.57 (m, 2Н, Н-4’, Н-6’); 7.19 (t, Н-5’, J=8); 7.73 (d, Н-3’, J=8).

4-О-(2-Аминобензоил)-1α,16α-диметокси-20-этилаконитан-4,8,9,14α-

тетрол (14-деметил-N-дезацетиллаппаконитин) (4), Tпл. 236-2380С (с разл., из

МеОН), [α]578 +22.0 (с 1.3, CHCl3).

УФ (ЕtOH, λmax, нм (lgε)): 219 (4.41), 248 (3.86), 338 (3.70).

ИК (KBr, , см-1): 756, 1077, 1111, 1145, 1178, 1232, 1254, 1300, 1322, 1377, 1455, 1490, 1585, 1614, 1679 (С=О), 2874, 2902,2924, 2957, 3361 (NH), 3471 (OH).

1Н-ЯМP (CDCl3, δ, м.д., J/Гц): 1.08 (t, 3Н, NCH2Мe, J=7); 3.24, 3.30 (s, 3Н, 1- и 16-ОMе); 5.61 (brs, 2Н, NH2); 6.57 (m, 2Н, Н-4’, Н-6’); 7.19 (t, Н-5’, J=8);

7.73(d, Н-3’, J=8).

Важная информация о структуре новых алкалоидов тубераконитина и

тубермезаконитина из Aconithum tuberosum получена из сопоставления их масс- 1Н- и 13С-ЯМР-спектров:

79

 Характеристика масс-спектров тропановых алкалоидов красавки:

80