СТРАТЕГИЯ СИНТЕЗА НОВЫХ ВОДОРАСТВОРИМЫХ НЕСИММЕТРИЧНО ЗАМЕЩЕННЫХ ГЕТАРИЛПОРФИРИНОВ
Аннотация
Разработана стратегия направленного синтеза ряда несимметричных водорастворимых порфиринов, имеющих на периферии макроцикла фрагменты малых гетероциклических молекул, позволяющих осуществлять настройку на те или иные биомишени и регулировать гидрофобно/ гидрофильный баланс. Для получения ковалентной связи между гетероциклическими молекулами и порфириновым макроциклом использовались методы металлорганического катализа. Установлено, что гетарилирование 5-(4-бромфенил)-10,15,20-три(пиридин-3ʹ-ил)порфина гетероаренами, содержащими «кислые» C–H-связи, такими как бензоксазол, бензотиазол, 1,3,7-триметилксантин и N-метилбензимидазол, идет в присутствии каталитической системы Pd(OAc)2/Cu(OAc)2/PPh3/K2CO3 в кипящем толуоле. Порфирин с фрагментами гуанина был получен с использованием каталитической системы на основе ацетатов меди (II) и палладия (II) в кипящей уксусной кислоте, а с остатком аденина – с использованием каталитической системы на основе ацетата палладия (II) и иодида меди (I) в кипящей воде. Для получения порфирина с остатком индола вначале модификации был подвергнут 4-бромбензальдегид с использованием каталитической системы на основе хлорида палладия. Нами была предложена альтернативная методика получения данного замещенного бензальдегида. Далее с помощью смешанно-альдегидной конденсации с пирролом в кипящей пропионовой кислоте с добавкой пропионового ангидрида в атмосфере аргона был получен соответствующий порфириноген. Его окисление кислородом воздуха привело к желаемому индолзамещенному порфирину. Все порфирины были выделены и очищены с помощью колоночной хроматографии на оксиде алюминия III степени активности по Брокману. Для придания гетарилпорфиринам растворимости в воде они были подвергнуты кватернизации иодистым метилом по пиридильным фрагментам в среде кипящего ДМФА.
Для цитирования:
Сырбу С.А., Киселев А.Н., Лебедев М.А., Кибирева Я.Е. Стратегия синтеза новых водорастворимых несимметрично замещенных гетарилпорфиринов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 7. С. 48-56. DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7237.
Литература
Solymosi K., Mysliwa-Kurdziel B. Chlorophylls and their Derivatives Used in Food Industry and Medicine. Mini-Rev. Med. Chem. 2017. V. 17. N 13. P. 1194-1222. DOI: 10.2174/1389557516666161004161411.
Barona-Castaño J.C., Carmona-Vargas C.C., Brocksom T.J., De Oliveira K.T. Porphyrins as Catalysts in Scalable Organic Reactions. Molecules. 2016. V. 21. N 3. P. 310. DOI: 10.3390/molecules21030310.
Shi Y., Zhang F., Linhardt R.J. Porphyrin-based compounds and their applications in materials and medicine. Dyes Pigments. 2021. V. 188. P. 109136. DOI: 10.1016/ j.dyepig.2021.109136.
Koifman O.I., Ageeva T.A., Kuzmina N.S., Otvagin V.F., Nyuchev A.V., Fedorov A.Yu., Belykh D.V., Lebedeva N.Sh., Yurina E.S., Syrbu S.A., Koifman M.O., Gubarev Y.A., Bunin D.A., Gorbunova Y.G., Martynov A.G., Tsivadze A.Yu., Dudkin S.V., Lyubimtsev A.V., Maiorova L.A., Kishalova M.B., Petrova M.V., Sheinin V.B., Tyurin V.S., Zamilatskov I.A., Zenkevich E.I., Morshnev P.K., Berezin D.B., Drondel E.A., Kustov A.V., Pogorilyy V.A., Noev A.N., Eshtukova-Shcheglova E.A., Plotnikova E.A., Plyutinskaya A.D., Morozova N.B., Pankratov A.A., Grin M.A., Abramova O.B., Kozlovtseva E.A., Drozhzhina V.V., Filonenko E.V., Kaprin A.D., Ryabova A.V., Pominova D.V., Roman-ishkin I.D., Makarov V.I., Loschenov V.B., Zhdanova K.A., Ivantsova A.V., Bortnevskaya Y.S., Bragina N.A., Solovieva A.B., Kuryanova A.S., Timashev P.S. Synthesis Strategy of Tetrapyrrolic Photosensitizers for Their Practical Application in Photodynamic Therapy. Macroheterocycles. 2022. V. 15. N 2. P. 207-302. DOI: 10.6060/mhc224870k.
Allamyradov Y., ben Yosef J., Annamuradov B., Ateyeh M., Street C., Whipple H., Er A.O. Photodynamic Thera-py Review: Past, Present, Future, Opportunities and Challenges. Photochem. 2024. V. 4. N 4. P. 434-461. DOI: 10.3390/photochem4040027.
Hughes A.M., Hu N. Optimizing Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) to Treat Cancer: An Updated Review on the Latest Developments on Boron Compounds and Strategies. Cancers. 2023. V. 15. N 16. P. 4091. DOI: 10.3390/cancers15164091.
Gubarev Y.A., Lebedeva N.Sh., Yurina E.S., Syrbu S.A., Kiselev A.N., Lebedev M.A. Possible therapeutic targets and promising drugs based on unsymmetrical hetaryl-substituted porphyrins to combat SARS-CoV-2. J. Pharm. Anal. 2021. V. 11. P. 691-698. DOI: 10.1016/j.jpha.2021.08.003.
Sharma D., Singh A., Safi S. Porphyrins with combinations of 4-carboxyphenyl and 4-hydroxyphenyl substitu-ents in mesopositions as anti-HIV-1 agents. Sci Rep. 2024. V. 14. P. 10006-10018. DOI: 10.1038/s41598-024-60728-w.
Amos-Tautua B.M., Songca S.P., Oluwafemi O.S. Application of Porphyrins in Antibacterial Photodynamic Therapy. Molecules. 2019 V. 24. N 13. P. 1-28. DOI: 10.3390/molecules24132456.
Collman J. P., Boulatov R., Sunderland C. J., Fu L. Functional Analogues of Cytochrome cOxidase, Myoglobin, and Hemoglobin. Chem. Rev. 2004. V. 104. N 2. P. 561-588. DOI: 10.1021/cr0206059.
Sanjib P., Hai P., Kenneth D.K. Hemecopper and Heme O2-derived synthetic (bioinorganic) chemistry toward an understanding of cytochrome c oxidase dioxygen chemis-try. J. Inorg. Biochem. 2023. V. 249. P. 112367-112444. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2023.112367.
Yurina E.S., Gubarev Y.A., Lebedeva N.Sh. A study of protein aggregation activators in molecular complexes of cationic porphyrins and chlorin with BSA. J. Molec. Liq. 2021. V. 338. P. 116632-116640. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.116632.
Trul A.A., Chekusova V.P., Polinskaya M.S., Kiselev A.N., Agina E.V., Ponomarenko S.A. NH3 and H2S realtime detection in the humid air by two-layer Langmuir-Schaefer OFETs. Sens. Actuators B: Chem. 2020. V. 321. P. 128609. DOI: 10.1016/j.snb.2020.128609.
Lv Y. Y., Wu S-i., Li J. Porphyrinic Polymers for Gas Sensing: An Overview. Curr. Org. Chem. 2014. V. 18. N 4. P. 475-488. DOI: 10.2174/138527281804140303130547.
Bussetti G., Corradini C., Goletti C., Chiaradia P., Russo M., Paolesse R., Di Natale C., D'Amico A., Valli L. Optical anisotropy and gas sensing properties of ordered porphyrin films. Phys. Stat. Sol. (B). 2005. V. 242. N 13. P. 2714-2719. DOI: 10.1002/pssb.200541104.
Syrbu S.A., Semeikin A.S., Lebedeva N.S. Gubarev Yu.A., Yurina E.S., Guseinov S.S., Koifman O.I. Synthesis of water-soluble porphyrin with tyrosine fragments and study of its interaction with S-protein of SARS-CoV-2. Russ Chem Bull. 2022. V. 71. P. 2495–2504. DOI: 10.1007/s11172-022-3679-8.
Courrol L. C., de Oliveira Silva F. R., Masilamani V. SARS-CoV-2, hemoglobin and protoporphyrin IX: Interac-tions and perspectives. Photodiagn. Photodyn. Ther. 2021. V. 34. P. 102324-102331. DOI: 10.1016/j.pdpdt.2021.102324.
Lebedeva N.S., Yurina E.S., Gubarev Y.A., Syrbu A.S. Interactions of tetracationic porphyrins with DNA and their effects on DNA cleavage. Spectrochim. Acta Part A: Molec. Spectrosc. 2018. V. 199. P. 235-241. DOI: 10.1016/j.saa.2018.03.066.
Mathew D., Sujatha S. Interactions of porphyrins with DNA: A review focusing recent advances in chemical modifications on porphyrins as artificial nucleases. J. In-org. Biochem. 2021. V. 219. P. 111434-111469. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2021.111434.
Lebedeva N.S, Yurina E.S., Gubarev Y.A., Semeikin A.S., Syrbu S.A. Extraordinary behavior of 5-(3,4-dihydroxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpyridinium-3-yl)porphyrin triiodide in titration with bases and in albu-min oxidation. Mendeleev Commun. 2022. V. 32. N 4. P. 554-557. DOI: 10.1016/j.mencom.2022.07.040.
Koifman O.I., Ageeva T.A. Main Strategies for the Synthesis of meso-Arylporphyrins. Russ. J. Org. Chem. 2022. V. 58. P. 443–479. DOI: 10.1134/S1070428022040017.
Geier III G.R., Lindsey J.S. Investigation of porphyrin-forming reactions. Part 2. Examination of the reaction course in two-step, one-flask syntheses of mesosubstituted porphyrins. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2001. V. 2. P. 687-700. DOI: 10.1039/B009092L.
Kadish K.M., Smith K.M., Guilard R. The Porphyrin Handbook. V. 1. San Diego: Academic Press. 2000. P. 201-232.
Shorokhova T.V., Plotnikova A.O., IvanovaYu.B., Lyubimova T.V., Lyubimtsev A.V., Kruk N.N., Syrbu S.A. Coordination properties of tetra-phenylporphyrin derivatives containing amino acid fragments. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 12. P. 65-75. DOI: 10.6060/ivkkt.20236612.6819.
Petrov O.А., Shilovskaya M.V., Lyubimova T.V., Semeykin A.S. Specific nature of acid-base interaction of octa(4-tertbutylphenyl)tetrapyrazinoporphyrazine with organic protonacceptor molecules in benzene. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 3. P. 33-40. DOI: 10.6060/ivkkt.20216403.6327.
Hölzel H., Muth M., Lungerich D., Jux N. Addressing Environmental Challenged of Porphyrin Mixtures Ob-tained from Statistical Syntheses. Chemistry-Methods. 2021. V. 1. P. 142-147. DOI: 10.1002/cmtd.202000055.
Kiselev A.N., Lebedev M.A., Syrbu S.A., Yurina E.S., GubarevYu.A., LebedevaN.Sh., Belyanina N.A., ShirokovaI.Yu., Kovalishena O.V., Koifman O.I. Synthesis and study of water-soluble asymmetric cationic porphyrins aspotentialphotoinactivators of pathogens. Izv. AN. Ser. Khim. 2022. V. 71. N 12. P. 2691-2700 (in Russian). DOI: 10.1007/s11172-022-3698-5.
Syrbu S.A., Kiselev A.N., Lebedev M.A., Yurina E.S., Lebedeva N.Sh. Synthesis of 5-[4′-(1′′,3′′,7′′-Trimethyixanth-2′′-yl)phenyl]-10,15,20-tris-(N-methylpyridinium-3′-yl)porphyrin Triiodide and Features of Its Reaction with Poly[d(AT)2]. Russ. J. Gen. Chem. 2023. V. 93. N 2. P. 562-571. DOI: 10.1134/S1070363223150197.
Pi J.-J., Lu X.-Y., Liu J.-H., Lu X., Xiao B., Fu Y., Guimond N. Exploration of Biaryl Carboxylic Acids as Proton Shuttles for the Selective Functionalization of Indole C-H Bonds. J. Org. Chem. 2018. V. 83. P. 5791-5800. DOI: 10.1021/acs.joc.8b00417.
Syrbu S.A., Kiselev A.N., Lebedev M.A., Gubarev Y.A., Yurina E.S., Lebedeva N.Sh. Synthesis of Hetaryl-Substituted Asymmetric Porphyrins and Their Affinity to SARS-CoV-2 Helicase. Russ. J. Gen. Chem. 2021. V. 91. V. 6. P. 1039-1049. DOI: 10.1134/S1070363221060098.
Kiselev A.N., Syrbu S.A., Lebedeva N.Sh., Gubarev Y.A. Functionalization of Porphyrins Using Metal-Catalyzed C–H Activation. Inorganics. 2022. V. 10. N 5. P. 63. DOI: 10.3390/inorganics10050063.
