Synteza i właściwości biologiczne α-metylenolaktonów

SYNTEZA I W A CIWO CI

BIOLOGICZNE

-METYLENOLAKTONÓW

Praca doktorska wykonana

w Katedrze Chemii

Akademii Rolniczej we Wroc awiu

Promotor:

prof. dr hab. Czes aw Wawrze!czyk

Wroc aw 2006

zaproponowanie tematyki, umo&liwienie realizacji pracy

oraz pomoc i cierpliwo'( przy interpretacji wyników, sk adam wyrazy serdecznego podzi+kowania.

Aktywno'( deterentna w stosunku do szkodników magazynowych zosta a oceniona w Instytucie Ochrony Ro'lin w Poznaniu pod kierunkiem prof. Jana Nawrota.

Aktywno'( deterentna w stosunku do mszycy brzoskwiniowej zosta a oceniona w Instytucie Biotechnologii i Ochrony 'rodowiska Uniwersytetu Zielonogórskiego przez prof. Beat+ Gabry' oraz w Katedrze Botaniki i Ekologii Ro'lin Akademii Rolniczej we Wroc awiu przez dr in&. Aleksandr+ Halarewicz-Pacan.

Aktywno'( deterentna w stosunku do stonki ziemniaczanej i ple niakowca l'ni,cego zosta a oceniona w Zak adzie Zoologii Bezkr+gowców Uniwersytetu Miko aja Kopernika w Toruniu przez dr Maryl+ Szczepanik.

Ocen zapachow otrzymanych zwi,zków przeprowadzono w polskim oddziale firmy

Firmenich w Grodzisku Mazowieckim pod kierunkiem mgr Anny Nagielskiej.

Widma korelacyjne NMR zosta y wykonane w Laboratorium Bada! Strukturalnych przez mgr

1. WPROWADZENIE I CEL PRACY... 3

2. AKTYWNO BIOLOGICZNA -METYLENOLAKTONÓW... 5

2.1 Aktywno#$ przeciwtrypanosomalna ... 5

2.2 Aktywno#$ przeciw Leischmanii ... 6

2.3 Aktywno#$ przeciwnowotworowa i cytostatyczna ... 7

2.4 Aktywno#$ na enzymy antyoksydacyjne ... 14

2.5 Aktywno#$ przeciwzapalna ... 15

2.6 Dzia5anie na dehydrogenaz8 aldehydow9 ... 19

2.7 Aktywno#$ grzybobójcza ... 20

2.8 Dzia5anie bakteriobójcze... 25

2.9 Dzia5anie antymykobakteryjne ... 26

2.10 W5a#ciwo#ci allelopatyczne -metylenolaktonów... 27

2.11 Aktywno#$ ograniczaj9ca @erowanie owadów ... 34

3. BIOSYNTEZA PODSTAWOWYCH SZKIELETÓW SESKWITERPENOWYCH LAKTONÓW... 38

4. METODY CHEMICZNEJ SYNTEZY -METYLENOLAKTONÓW... 45

4.1. Halo- lub selenolaktonizacja ,,,, -nienasyconch kwasów ... 45

4.2. Laktonizacja hydroksykwasów i hydroksyestrów ... 49

4.3 Wprowadzanie grupy metylenowej do cz9steczki laktonu... 56

4.3.1 Wprowadzanie grupy karboksylowej... 56

4.3.2 Wprowadzanie grupy formylowej ... 59

4.3.3 Wprowadzanie grupy -hydroksymetylowej ... 60

4.3.4 Wprowadzanie grupy -(N,N-dimetylo)metyloaminowej... 61

4.4 Pozosta5e reakcje prowadz9ce do syntezy metylenolaktonów... 62

5. OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAG WHASNYCH... 65

5.1 Synteza laktonów i ich -metylenowych analogów z cytralu ... 66

5.2 Synteza -metylenolaktonów z dost8pnych -niepodstawionych laktonów... 78

5.3 Synteza -metylenolaktonów z alkenów z zastosowaniem kwasu Meldruma ... 82

5.3.1 Synteza -metylenolaktonów z acyklicznych alkenów... 84

5.3.2 Synteza -metylenolaktonów z cyklicznych alkenów ... 99

5.3.3 Synteza -metylenolaktonów z naturalnych terpenów... 102

5.4 Synteza laktonów z tlenku mezytylu... 124

5.5 Synteza laktonów z linalolu ... 132

5.6 Synteza laktonów z 3,5-dimetylocycloheks-2-en-1-onu... 144

6BADANIA BIOLOGICZNE... 148

6.1 Testy biologiczne na aktywno#$ antyfidantn9 wobec szkodników magazynowych ... 148

6.2 Testy biologiczne na aktywno#$ antyfidantn9 wobec mszycy brzoskwiniowo-ziemniaczanej (Myzus persicae Sulz) ... 156

6.3 Testy biologiczne na aktywno#$ antyfidantn9 wobec stonki ziemniczanej (Leptinotarsa decemlineata Say) ... 159

6.4 Testy biologiczne na aktywno#$ antyfidantn9 ... 163

wobec ple#niakowca l#ni9cego (Alphitobius diaperinus Panzer) ... 163

7. PODSUMOWANIE... 169

8. CZJ DO WIADCZALNA... 172

WYKAZ STOSOWANYCH SKRÓTÓW Ac- acetyl AIBN – 2,2’-azaizobutylonitryl Bz – benzyl PhH-benzen CaM - kalmodulina CAN - azotan(V)cerowo(IV)amonowy Cp – cyklopropyl

COSY – correlated spectroscopy DBN - 1,5-diazabicyklo[4.3.0]non-5-en DBU - 1,8-diazabicyklo[5.4.0]undec-7-en

DEPT – distortionless enhancement by polarization transfer DHZ – dehydrozaluzalina C

DIBAL H – wodorek diizobutyloglinu DMAPP - dimetyloallilopirofosforan DMF - dimetyloformamid

ED50 – (Effective Dose 50) - ilo?@ substancji wywierajBca efekt dla 50% badanej populacji

Et-etyl

GPP - geranylopirofosforan FPP - farnezylopirofosforan

GGPP - geranylogeranylopirofosforan

HEp-2 (Human Caucasian larynx carcinoma) ludzki (rasy biaFej) rak krtani

HL-60 - (Human acute promyelocytic leukemia cell line) – linia komórkowa ostrej promielocytowej biaFaczki ludzkiej

IPP - pirofosforan izopentenylu LDA – diizopropyloamidek litu LTA4– leukotrien A4

LTC4- leukotrien C4

m-CPBA – kwas meta-chloronadbenzoesowy Me – metyl

MIC – minimalne stHIenie hamujBce

MMC - nasycony dwutlenkiem wHgla roztwór wHglanu metoksymagnezometylu MPO - mieloperoksydaza

MsCl – chlorek kwasu metylosulfonowego NBS –N-bromoimid kwasu bursztynowego

NF- B – (Nuclear Factor kappa B) – czynnik jBdrowy B NOBF4- czterofluofoboran nitrozoniowy

NOESY – nuclear Overhauser effect scpectroscopy PDC – dwuchromian pirydyny

Ph - fenyl

PPL – wieprzowa lipaza trzustkowa p-TSA – kwas para-toluenosulfonowy Py - pirydyna

SAM – S-adenozynometionina

TBSCl, -chlorek t-butylodimetylosililowy TBTH – wodorek tri-n-butylocyny

TMS - tetrametylokrzem

TsCl – chlorek kwasu p-toluenosulfonowego VD3L – laktonowa forma witaminy D3

1. WPROWADZENIE I CEL PRACY

, Nienasycone zwiBzki karbonylowe, ze wzglHdu na wyjBtkowo wysokB reaktywno?@ w reakcji Michaela, sB bardzo podatne na reakcje z róInymi biologicznymi nukleofilami1 (Schemat 1). Do tej grupy zwiBzków naleIB równieI -metylenolaktony. SB one szeroko rozpowszechnione w ?wiecie ro?lin i wykazujB znaczne spektrum aktywno?ci biologicznych. O O R S+ O O H R S O O R S H Schemat 1

W literaturze opisywane jest ich róInorodna aktywno?@: antynowotworowa, przeciwbakteryjna, przeciwgrzybiczna. -Metylenolaktony wykazujB równieI aktywno?@ deterentnB w stosunku do owadów i allelopatycznB. NajwiHcej badaN, co wydaje siH jak najbardziej zrozumiaFe, dotyczy aktywno?ci przeciwnowotworowej i cytotoksycznej -metylenolaktonów. Prowadzone sB one juI od koNca lat 60-tych ubiegFego wieku, kiedy to artykuFy Kupchana i wsp.2,3,4,5 (w tym dwa publikowane w jednym numerze Science) rozpoczHFy prawdziwe „polowanie” na -metylenolaktony w ro?linach. Podaje siH, iI ich podgrupa – seskwiterpenowe -metylenolaktony stanowiB, niewiarygodnB wrHcz, ilo?@ 10% wszystkich izolowanych naturalnych zwiBzków6. Potwierdzeniem tego moIe by@ fakt, Ie wiHkszo?@ nowych wyizolowanych zwiBzków prezentowanych na International Sumposium on Essentials Oils (ISEO 2003)7 byFa -metylenolaktonami. Tylko w roku 2004 zostaFo wyizolowanych okoFo 40 nowych seskwiterpenowych -metylenolaktonów posiadajBcych szkielet guajanolidowy8. W literaturze znaleR@ moIna takIe doniesienia, szacujBce seskwiterpenowe -metylenolaktony, jako jednB z najliczniejszych klas zwiBzków naturalnych9. Nie jest takIe prawdB, prezentowana szeroko do dzisiaj w polskim pi?miennictwie informacja10, iI jest to grupa naturalnych zwiBzków, charakterystycznych tylko dla ro?lin z rodziny Asteraceae. Ich wystHpowanie w przyrodzie jest jednak tak szerokie, Ie obejmuje inne rodziny ro?lin okrytozalBIkowych a takIe bakterie11, grzyby12, wBtrobowce, mchy13 czy porosty14. Tak liczna obecno?@ w przyrodzie -metylenolaktonów nasuwa pytanie o przyczynH ich biosyntezy – wszak sB to zwiBzki o do?@ skomplikowanej

budowie, których synteza wymaga od ro?liny duIego nakFadu energii. By@ moIe, -metylenolaktony sB wytwarzane w takiej róInorodno?ci, aby zapewni@ ro?linom przewagH ekologicznB. I cho@ nie wszystkie zwiBzki z ugrupowaniem -metylenolaktonowym wykazujB aktywno?@ biologicznB (lub nie zostaFa ona jeszcze poznana), to wydaje siH, iI utlenianie naturalnych metabolitów pierwotnych, którymi sB farnezol i jego pochodne, a nastHpnie przeksztaFcenie ich w , nienasyconeseskwiterpenowe laktony, zwiHksza prawdopodobieNstwo oddziaFywania na inne organizmy. Sama obecno?@ ugrupowania -metylenolaktonu w czBsteczce zwiBzku nie przesBdza o jego wFa?ciwo?ciach biologicznych, gdyI aktywno?@ ta jest wypadkowB wielu innych parametrów fizykochemicznych i farmakodynamicznych. NiewBtpliwie jednak czBsteczka taka jest bardziej reaktywna chemicznie, a co za tym idzie moIe silniej oddziaFywa@ na otoczenie ro?liny.

Celem mojej pracy doktorskiej byFa synteza nowych laktonów z grupB -metylenowB. PodejmujBc ten cel miaFem zamiar korzysta@ ze znanych metodologii oraz nadziejH na opracowanie nowej, efektywnej metody syntezy tej grupy poFBczeN. Otrzymane produkty koNcowe planowaFem podda@ testom biologicznym na aktywno?@ antyfidanta w stosunku do szkodników magazynowych oraz upraw ro?linnych. Aktywno?@ biologicznB metylenolaktonów chciaFem porówna@ z aktywno?ciB substratów w ich syntezie: -niepodstawionych laktonów oraz alkenów.

2.

A

-

Laktony, szczególnie te zawierajBce ugrupowanie -metylenowe, sB szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Ich ilo?@ szacuje siH nawet na ponad 3000. WykazujB one interesujBcB i uIytecznB aktywno?@ biologicznB. Zaprezentowany w tym rozdziale przeglBd struktur -metylenolaktonów i ich wFa?ciwo?ci biologicznych ma wiHc jedynie charakter autorski. WybraFem bowiem najwaIniejsze i najciekawsze przykFady oddziaFywaN laktonu z enzymami, komórkami jak teI i caFymi organizmami. Oprócz zaprezentowanych, istnieje bowiem wiele innych rodzajów oddziaFywaN czBsteczek laktonu na Iywe organizmy, które ze wzglHdu na objHto?@ dysertacji, znaleR@ siH w niej nie mogFy.

2.1 Aktywno#$ przeciwtrypanosomalna

ZakaIenia pierwotniakiem rodzaju Trypanosoma, wywoFujBcym ?piBczkH afrykaNskB i chorobH Chagasa stanowi dosy@ powaIne zagroIenie w krajach afrykaNskich. Szacuje siH, iI rocznie choruje na nie 500 000 osób a ?miertelno?@, w przypadku braku natychmiastowego leczenia jest bliska 100%. Ze wzglHdu na duIe koszty produkcji i wprowadzania leku oraz niskobudIetowy rynek, tylko kilka syntetycznych leków zostaFo wprowadzonych do lecznictwa. Ich wysoka, jak na warunki afrykaNskie, cena, sFaba skuteczno?@ oraz skutki uboczne powodujB poszukiwania tanich ro?linnych preparatów mogBcych zastBpi@ niedostHpne dla wiHkszo?ci obywateli leki. Schmidt i wsp.15 wykazali, iI naturalne -metylenolaktony izolowane z ro?lin rodzaju Arnica i Inula, szczególnie 10 -metylopseudoguajanolid - helenalina (1) wykazujB zbliIone dziaFanie do leków syntetycznych przeciwko bardziej niebezpiecznym odmianom T.

brucei i T. cruzi. InteresujBcym wydawa@ siH moIe takIe fakt, iI meksykanina I (2),

diastereoizomer helenaliny wykazywaF w badaniach blisko sze?ciokrotnie sFabszB aktywno?@, co dowodzi bardzo duIego wpFywu budowy przestrzennej tych zwiBzków na ich dziaFanie.

O O H OH O O O H OH O helenalina (1) _{meksykanina I (2)}

Badane zwiBzki nie sB w Iaden sposób analogami melarsoprolu (3) i benznidazolu (4) -dwóch najpopularniejszych syntetycznych leków stosowanych przeciwko infekcji

Trypanosoma. N N N N As S S N H₂ NH₂ N N O N O₂N melarsoprol (3) benznidazol (4)

2.2 Aktywno#$ przeciw Leischmanii

PowaIna pasoIytnicza choroba - leiszmanioza dotyka rocznie ponad 12 milionów osób z ponad 88 krajów. Bardzo wysoka cena i toksyczno?@ dwóch gFównych syntetycznych leków: glukantimu (9) oraz pentostamu (zwiBzki antymonu) skFania do poszukiwania nowych naturalnych odpowiedników. Fuchino i wsp.16 wykazali, iI wyizolowane z Elephantophus

mollis -metylenolaktony wykazujB in vitro aktywno?@ przeciwko promastigotom Leishmania major. Laktony typu guajanu (5, 6) oraz germakranu (7) sB gFównymi skFadnikami wyciBgu z Elephantus mollis wykazujBcymi zbliIonB biologicznB aktywno?@ do glukantimu (9). Badacze

ci pokazali takIe, iI dla tej aktywno?ci konieczna, jest obecno?@ grupy -metylenowej. Uwodornienie bowiem wiBzania podwójnego (NaBH4/MeOH) (6) powoduje utratH tej

aktywno?ci biologicznej. Jest to, jak sugerujB autorzy zwiBzane z Fatwo?ciB, z jaka -metylenowy fragment zwiBzku reaguje z tiolowB grupB enzymów pasoIyta.

O O O O O O O O _O O O O OH O _O O O O OH O _O O O O OH N+ OH O H OH OH OH H H 5 6 7 NaBH₄ MeOH 8 HSbO₃ -glukantim (9)

2.3 Aktywno#$ przeciwnowotworowa i cytostatyczna

Koniec lat sze?@dziesiBtych i poczBtek siedemdziesiBtych ubiegFego wieku przyniósF szereg doniesieN S. M. Kupchana wskazujBcych na cytostatyczne dziaFanie -metylenolaktonów. W pracach tych postulowano zasadniczy wpFyw wiBzania podwójnego w

, pozycji do grupy karbonylowej2,3,4 na tB aktywno?@. Udowadniano, iI molekularna podstawa dziaFania tych zwiBzków leIy w reakcji Michaela z takimi biologicznymi nukleofilami, jak L-cysteina, glutation, czy enzymami zawierajBcymi aktywnB grupH sulfhydrylowB np. fosfofruktokinazB, syntazB glikogenu, polimerazB DNA. W pracy Kupchana i wsp.17 wykazano, badajBc kilkadziesiBt naturalnych seskwiterpenowych metylenolaktonów i ich nasyconych odpowiedników, iI ugrupowanie -metylenowe zwiHksza cytotoksyczno?@ zwiBzków w stosunku do komórek miHsakoraka i biaFaczki limfatycznej in vitro szczurów i myszy. Ci sami autorzy18,19 udowodnili silne dziaFanie cytostatyczne laktonów izolowanych z afrykaNskiej ro?liny Vernonia hymenolepis: wernolepiny (10), wernomeniny (11), wernodaliny (12), wernolidu (13) i wernomygdyny (14) przeciwko ludzkiemu nowotworowi linii komórkowej KB (nosogardzieli). ED50 tych

O O O O OH H O O H O OH O O O O H O O OH O O O O O O O H O O O O O O O H wernolid (13) wernolepina (10) _{wernomenina (11)} wernomygdyna (14) wernodalina (12)

BadajBc naturalne -metylenolaktony: alantolakton (15), ambrozynH (16), helenalinH (1)20, hymeninH (17)21, wykazali ich silnB aktywno?@ cytostatycznB przeciwko komórkom T biaFaczki. Autorzy sugerujB ich dziaFanie na poziomie inicjacji apoptozy, podobnie jak w wiHkszo?ci innych stosowanych chemioterapeutyków.

O O O H O O O O H O O ambrozyna (16) hymenina (17) alantolakton (15)

Cytotoksyczne wFa?ciwo?ci przeciw liniom komórkowym raka IoFBdka i jelita grubego wykazuje takIe guajanolidowy lakton (18), izolowany z naziemnych czH?ci Ixeris

sonchifolia22. InteresujBcym jest fakt, iI zwiBzek ten jednocze?nie powoduje pobudzenie Faknienia. O O H O H H OH O O 18 kostunolid (19)

Silne antyproliferacyjne dziaFanie przeciw komórkom czerniaka, raka jelita grubego pFuc o MIC (minimalne stHIenie hamujBce) rzHdu 1µg/ml, charakteryzuje kostunolid (19)23,24

a jego dziaFanie biochemiczne wiBzane jest z inhibicjB farnezylo-proteinotransferazy (FTP-azy). Autorzy sugerujB nawet rozwój strategii technik terapeutycznych w kierunku indukcji apoptozy komórek rakowych wFa?nie przy uIyciu -metylenolaktonów.

Diterpenowe -metylenolaktony izolowane z Eunicea succinea oraz ich pochodne: inolid-A (20), inolid-B (21), oraz inolen (22) wykazujB szczególnie wysokB cytoksyczno?@ wzglHdem komórek T biaFaczki. Ich ED50 ksztaFtuje siH zaledwie na poziomie setnych czH?ci

µg/ml!25 O O _O O H H O O _O O H H O O _O O H

inolid A (20) inolid B (21) inolen (22)

RolH ugrupowania -metylenowego udowodniF takIe Habtemariam26 porównujBc aktywno?@ helenaliny (1) i jej zredukowanej pochodnej - 11 ,13-dihydrohelenaliny (23) wobec komórek biaFaczkowych Jurkat. Nienasycony lakton charakteryzowaF siH aI dwudziestokrotnie wiHkszB aktywno?ciB, inhibujBc syntezH czynnika NF- B w tych komórkach. O O H O OH 11 , 13-dihydrohelenalina (23) O O O O OH O H H H cynaropikryna (24)

Cho i wsp.27 udowodnili dziaFanie cynaropikryny (24) - -metylenolaktonu izolowanego z Sausseurea lappa jako czynnika hamujBcego proliferacjH nowotworowych linii komórkowych takich jak U937, Eco-1 i Jurkat T. Autorzy ci wykazali zatrzymanie rozwoju tych komórek na etapie rozwoju G1/S w obecno?ci tego -metylenolaktonu.

BiorBc pod uwagH powyIsze dziaFanie naturalnych , -nienasyconych laktonów obserwuje siH wysiFki badaczy, majBce na celu otrzymanie syntetycznych analogów i pochodnych tych zwiBzków. Lee i wsp.28 syntezowali pochodne -metylenowe uracylu i tyminy (25-27), porównujBc ich dziaFanie do nielaktonowych wyj?ciowych wzorców. Wykazano, iI inkorporacja ugrupowania -metylenowego w zasady pirymidynowe powoduje przeciwguzowe dziaFanie tych zwiBzków, na poziomie porównywalnym z klinicznie wykorzystywanym 5-fluorouracylem. N N O O O O N N O O O O N N O O O O O O 25 26 27

PodobnB strategiH w syntezie nowych cytotoksycznych substancji, pochodnych zasad purynowych i pirymidynowych wykorzystali Sanyal i wsp.29 ZwiBzki (28-30) wykazywaFy aktywno?@ cytotoksycznB i antynowotworowB przeciw komórkom KB oraz PS. MajBc na uwadze caFB zFoIono?@ zagadnienia, naleIy tutaj nadmieni@, iI z caFej serii 10 róInych laktonowych pochodnych zasad, tylko trzy silnie hamowaFy wzrost komórek.

N N N N Cl O O O N N O O O O N N N N Cl O 30 29 28

Z laktonowych pochodnych naturalnych zwiBzków zsyntezowane zostaFy takIe substancje, z ukFadem steroidowym30 (31-33). W badaniach wykazaFy one silne dziaFanie cytostatyczne przeciw komórkom KB oraz HEp-2

O O O O OH O O O O H 31 32 33

Takenouchi i wsp.31,32 dokonali serii syntez pochodnych naturalnego laktonu witaminy D3 (VD3L) (34), w tym m.in. metylenolaktonu (35), spirocyklopropylolaktonu (36),

-metylenocyklopentanonu (37), -gem-dimetylolaktonu (38) oraz -metylenoamidu (39), Stwierdzili oni najsilniejsze dziaFanie, wzglHdem nowotworowej linii komórkowej HL60, -metylenolaktonowej pochodnej (35) i brak, lub sFabe dziaFanie pozostaFych. ZaskakujBcy brak aktywno?ci -metylenoamidu autorzy tFumaczB osFabieniem zdolno?ci do reakcji Michaela z biologicznymi nukleofilami, ze wzglHdu na obecno?@ elektrodonorowego atomu azotu w

pozycji do grupy karbonylowej. -Metylenocyklopentanonowa pochodna (37) natomiast posiadaFa aktywno?@ do?@ obniIonB, cho@ wiHkszB od pozostaFych nasyconych.

O O OH H O H OH H H O O O O O O N O O VD₃L (34) 35 36 37 38 39

Silne antynowotworowe dziaFanie alkilopodstawionego -metyleno- -karboksy laktonu, oznaczonego w literaturze symbolem C75 (40), przypisuje siH, analogicznie do dziaFania ceruleniny (41), inhibicji syntezy kwasów tFuszczowych, a co za tym idzie zwiHkszeniu poziomu malonylo-CoA,33. W badaniach in vivo lakton ten wykazaF wysokB aktywno?@ na komórki nowotworowe raka sutka, nie dziaFajBc jednocze?nie na zdrowe

komórki szpiku kostnego, przewodu pokarmowego, skóry czy grasicy. W zwiBzku z tak wybiórczym dziaFaniem tego zwiBzku podejmowane sB próby jego zastosowania klinicznego.

C H₃ O O NH₂ H H O O _O HOOC C75 (40) _{cerulenina (41)}

Wzmocnienie aktywno?ci cytotoksycznej metylenolaktonów Stang i Treptow34 uzyskali takIe przez wzrost elektorfilowo?ci wHgla metylenowego, tworzBc sulfonianowe estry laktonu ( 42, 43). W badaniach na komórkach P388 autorzy pokazali, iI takie pochodne cechujB siH wyraRnie silniejszB cytotoksyczno?ciB, zapewne przez Fatwiejsze reakcje z komórkowymi nukleofilami (Schemat 2).

O O CHX O O C H Nu X O O CH Nu Nu --X -X = -OSO₂Me -OSO₂CF₃ 42 43

Schemat 2 Reakcja nukleofila ze "wzmocnionym" -metylenolaktonem

W procesie farmakokinetyki leku waInB rolH odgrywa jego dystrybucja w organizmie. Preparaty, które sB efektywne in vitro, czHsto w badaniach in vivo okazujB siH nieskuteczne. W przypadku zastosowania metylenolaktonów jako substancji antynowotworowych problem stanowi ich ogólna cytotoksyczno?@ i brak wybiórczo?ci dziaFania na poziomie tylko komórek nowotworu. Fardella i wsp.35 z dobrym skutkiem zastosowali fenylotiopochodne jako proleki (44). W komórkach nowotworowych takie pochodne ulegaFy utlenieniu do sulfonu, który z kolei uwalniaF, poprzez reakcjH retro-eliminacji cytotoksyczny lakton 45 (Schemat 3)

O O O OH H H S O O O OH H H S H S O O O OH H H O O O O O OH H H O _S O H groszheimina (45)

+

+

w pozycjach orto, meta, lub para

44

45

Schemat 3 Mechanizm dzia5ania zmodyfikowanej groszheiminy

Walka z komórkami nowotworowymi polega nie tylko na niszczeniu ich zwiBzkami cytotoksycznymi (ich wybiórczo?@ nigdy nie jest wystarczajBco duIa), ale takIe wywoFywaniu samoistnej, programowanej ?mierci komórki, tzw. apoptozy. Dobrymi induktorami apoptozy, procesu niezbHdnego w utrzymaniu homeostazy organizmu, w badaniach in vitro sB helenalina (1)36, partenolid (46)37, oraz tadryna A (47), tamaryna (48), ineupatolid (49) i reynozyna (50) – laktony izolowane z wrotycza krwawnikowatego

OH O O O H OH O O O H O O O OH O H O OH O O O O tadryna A (47) tamyrna A (48) reynozyna (50) ineuatolid (49) partenolid (46)

PodsumowujBc przeglBd literatury na temat cytostatyczno?ci -metylenolaktonów naleIy tutaj stwierdzi@, iI wFa?ciwo?ci cytostatyczne i antynowotworowe, stanowiB wypadkowB bardzo wielu wFa?ciwo?ci fizycznych i chemicznych laktonu. Obecno?@ ugrupowania -metylenowego zwiHksza prawdopodobieNstwo takiego dziaFania, lecz nie przesBdza o nim. Spektakularnym przykFadem moIe by@ para zwiBzków o do?@ zbliIonej budowie: helenalina (1) i chamissonolid (51), w której pierwszy zwiBzek jest silnym induktorem apoptozy komórek nowotworowych Jurkat T, drugi natomiast posiada wFa?ciwo?ci cytoprotekcyjne39. O O H OH O O H OH O OH AcO helenalina (1) chamissonolid (51) 2.4 Aktywno#$ na enzymy antyoksydacyjne

Aktywno?@ pro-oksydacyjna in vitro seskwiterpenowych -metylenolaktonów zostaFa udowodniona przez Jodynis-Liebert i wsp40,41. Wykazali oni, iI takie laktony

seskwiterpenowe jak helenalina (1), meksykanina I (2), linifolina A (52), geigerinina (53), asperilina (54) czy telekina (55) wpFywajB na zwiHkszenie aktywno?ci peroksydazy glutationowej (GPx), reduktazy glutationowej (GR) i katalazy, natomiast aktywno?@ dysmutazy nadtlenkowej (SOD) pod ich wpFywem znacznie malaFa. Sugeruje siH takIe, iI seskwiterpenowe laktony mogB by@ inhibitorami (suside substrate) cytochromu P45042.

O OAc H O O O H OH O O H O H O OH O OH O linifolina A (52) geigerinina (53) asperilina (54) telekina (55) 2.5 Aktywno#$ przeciwzapalna

Wiele z terpenowych -metylenolaktonów cechuje aktywno?@ przeciwzapalna. W przypadku tej aktywno?ci sugeruje siH równieI, iI jest to spowodowane addycjB Michaela grupy –SH biaFek enzymatycznych do , nienasyconych fragmentów laktonu. W przypadku dimerycznego czynnika jBdrowego wywoFujBcego transkrypcjH czynników zapalnych (NF- B), pokazano, iI helenalina (1), selektywnie alkiluje podjednostkH p65 unieczynniajBc go. RolH ugrupowania -metylenowego w tym procesie potwierdzono43,44, porównujBc dziaFanie helenaliny oraz octanu jej zredukowanej pochodnej - 11 ,13-dihydrohelenaliny (56). ZnaczBca inhibicja zarówno 5-lipooksygenazy jak i syntazy LTC4

O O H OAc O octan 11 , 13-dihydrohelenaliny (56) COOH COOH OOH O COOH N O OH COOH OH N O S O NH₂ HOOC

kwas arachidonowy wodoronadtlenek

LTA₄ glutation LTC₄ lipooksygenaza miejsce dzialania -metylenolaktonu

Schemat 4 Przeciwzapalna aktywno#$ -metylenolaktonów45

Zawarty w wielu ro?linach, m.in. zFocieniu maruna (Tanacetum parthenium) partenolid (46) charakteryzuje siH wybitnymi wFa?ciwo?ciami przeciwzapalnymi. Stwierdzono, Ie wiBIe siH on z I B kinazy , uczestniczBcej w reakcjach zapalnych46,47. Udowodniono takIe, iI alkilowana jest cysteina 179 (mutacja zmieniajBca ten aminokwas prowadzi do niewraIliwo?ci na partenolid). Tak, jak w przypadku helenaliny, autorzy udowadniali wpFyw grupy -metylenowej porównujBc dziaFanie partenolidu i jego zredukowanej pochodnej (57). Ta ostatnia charakteryzowaFa siH brakiem powinowactwa do I B kinazy .

O O O _O O O O O OAc OH

partenolid (46) zredukowany partenolid (57) hysterina (58)

Takie dziaFanie tego laktonu znalazFo swoje praktyczne zastosowanie m.in. w zwalczaniu i terapii migreny48,49. Na rynku farmaceutycznym pojawiajB siH juI bowiem preparaty - wyciBgi ze zFocieni maruna, w których aktywnym skFadnikiem jest wFa?nie partenolid50. Chloroformowy wyciBg z Parthenium hysterophorus i P. glomeratum zawierajBcy laktony hysterinH (58), znaczBco obniIaFy poziom czynnika zapalnego, jakim jest mieloperoxydaza (MPO)51.

Wyizolowany z Inula viscosa seskwiterpenowy -metylenolakton, inuviscolid (59), wykazuje takIe silne dziaFanie przeciwzapalne poprzez obniIanie poziomu leukotrienów w komórkach neutrofili52. O O OHH O O O inuviscolid (59) ksantatyna (60)

Proces zapalny wystHpowa@ moIe takIe jako wynik wydzielania tlenku azotu (II) przez komórki makrofagów, przy udziale enzymu iNOS (indukowalnej NO syntazy) (Schemat 5). Udowodniono53,54,55,56, iI szereg seskwiterpenowych -metylenolaktonów, jak hymenina (17), alantolakton (15), helenalina (1), ambrozyna (16), ksantatyna (60) oraz kostunolid (19), eremantyna (61), zaluzanina C (62), magnolialid (63) w sposób znaczBcy inhibujB aktywno?@ iNO. Co ciekawe, wykazano, iI lakton pozbawiony funkcji -metylenowej - mokko-lakton (64), osFabia swoje wFa?ciwo?ci biologiczne, a analog nieposiadajBcy funkcji laktonowej (65) jest ich caFkowicie pozbawiony. Inhibicja wydzielania NO przez makrofagi zostaFa takIe udowodniona dla kumaniny (66), laktonu obecnego w ambrozji zachodniej (Ambrosia psilostachya). Redukcja grupy -metylenowej kumaniny (67) znowu prowadziFa do caFkowitego pozbawienia tej wFa?ciwo?ci, co po raz kolejny dowodzi istotnego znaczenia tej grupy57. Jednak w przypadku kumaniny autorzy udowodnili

wyjBtkowo wolnB reakcjH z tiolami, co sugeruje inny mechanizm dziaFania tego zwiBzku na makrofagi. O O OH magnolialid (63) H O _O H eremantyna (61) H O _O H mokko lakton (64) H O H

12-deoksy-analog mokko laktonu (65) O O alantolakton (15) O O O H H H zaluzalina C (62) O O OH O H O O OH O H kumanina (66) 11,13 dihydrokumanina (67) N H₂ N H N N H₂ COOH H2N N H O N H₂ COOH iNO syntaza

+

2.6 Dzia5anie na dehydrogenaz8 aldehydow9

DFugotrwaFa konsumpcja duIych dawek alkoholu etylowego moIe powodowa@ liczne schorzenia organizmu takie jak zapalenie trzustki, uszkodzenie wBtroby, nadci?nienie, dysfunkcje hematopoezy, uszkodzenie nerwów obwodowych. NaduIywanie alkoholu staje siH takIe duIym problemem spoFecznym i ekonomicznym. W walce z alkoholizmem uIywane sB chemiczne inhibitory dehydrogenazy aldehydowej, jak: disulfiram (Esperal), cyjanamid, oraz benzodiazepiny zmniejszajBce pociBg do alkoholu. JednakIe mogB one powodowa@ wiele skutków ubocznych, jak zaburzenia wzroku, neuropatia czy encefalopatia. W walce z problemem alkoholizmu bardzo skuteczny wydaje siH by@ ekstrakt z wawrzynu szlachetnego

Laurus nobilis 58,59,60. Zawiera on w swoim skFadzie takie metylenolaktony, jak kostunolid

(19), dehydrokostus (68), zaluzanina D (69) i jej octan (70), reynozyna (71), santamaryna (72), 3 -acetoksyeudesma-1,4(15)11(13)-trien-12,6 -olid (73), 3-oksoeudesma-1,4,11(13)-trien-12,6 -olid (74), a takIe seskwiterpeny nielaktonowe: -eudesmol, -kariofilen i jego tlenek. Wykazano, iI ekstrakt ten w odpowiedniej dawce zmniejsza 30-60 razy poziom alkoholu we krwi. Stwierdzono, Ie dziaFanie takie miaFy tylko -metylenowe skFadniki

Laurus nobilis. Autorzy przebadali takIe -metyleno- -butyrolakton, metyleno -butyrolakton, -butyrolakton i tetrahydrofuran, celem udowodnienia wpFywu grupy metylenowej na dehydrogenazH aldehydowB. Tylko -metyleno- -butyrolakton posiadaF takie dziaFanie, co wskazywaFoby na istotny wpFyw grupy -metylenowej.

O H H O RO O O OH O O OH O O O O O O O O H H O santamaryna (72) reynozyna (71) 73 74 R=H, 69 R=Ac, 70 dehydrokostus (68) 2.7 Aktywno#$ grzybobójcza

PasoIytnicze oraz saprofitujBce grzyby stanowiB do?@ duIy problem zarówno w rolnictwie, podczas wzrostu i przechowywania ro?lin i wyrobów spoIywczych, jak teI w medycynie, bHdBc przyczynB wielu chorób. Stosowanie leków grzybobójczych w leczeniu grzybic ukFadowych wiBIe siH z ryzykiem ciHIkich powikFaN, takich jak uszkodzenie nerek, wBtroby, ukFadu krwiotwórczego, natomiast leczenie grzybic powierzchownych skóry i bFon ?luzowych jest dFugotrwaFe i nie zawsze daje pozytywne rezultaty. Poszukiwanie wywodzBcych siH z ro?lin, naturalnych i mniej szkodliwych od syntetycznych zwiBzków jest wiec celem, którego uwieNczeniem mogFoby by@ w przyszFo?ci wprowadzenie na rynek agrochemiczny i farmaceutyczny nowych, mniej degradujBcych organizm lub ?rodowisko preparatów.

Z naziemnych czH?ci endemicznej ro?liny Centaurea nicolai, rosnBcej na terenie BaFkanów wyizolowano guajanolidowy seskwiterpenowe -metylenolaktony 75 i 76, wykazujBce bardzo silne dziaFanie wobec takich patogenów grzybowych, jak Aspergillus

ochraceus, Fusarium tricinctum czy Trichoderma viride juI na poziomie MIC (minimalne stHIenie hamujBce) rzHdu kilku µg/ml61.

O H O O O AcO H H OH OH O O O H H H OAc OH izoalantolakton (77) 76 75

WystHpujBcy w ro?linach rodzaju oman Inula oraz bylica Artemisia izoalantolakton (77) cechuje siH znacznym hamowaniem wzrostu ludzkich fitopatogenów62, co byFo i jest wykorzystywane w wielu naturalnych preparatach63,64.

Z naziemnych czH?ci Centaurea deusta oraz Centaurea thessala, ro?liny wystHpujBcej na terenie Grecji wyizolowano65,66,67 szereg laktonów, m.in. 8- -(4-acetylo-2-hydroksymetylo-buten-2-oiloksy) salonitenolid (78), 8 -(4-acetoksy-3-hydroksy-2-metyleno-butanoilooksy)-sonchucarpolid (79), a takIe 8 -hydroksy-4-epi-sonchucarpolid (80), 4’-acetoksymalacitanolid (81). WykazujB one niezwykle silne wFa?ciwo?ci grzybobójcze. W Tabela 1 podano warto?ci MIC (minimalne stHIenie hamujBce) [µg/ml] dla tych zwiBzków i porównano z warto?ciami dla mikonazolu (82) i bifonazolu (83), bHdBcych standardowymi lekami przeciwgrzybiczymi. O O H O O O OH OH O O O O OH CHO OH O O O O OH OH CHO O O O O O O OH CHO OH 78 80 79 81

Tabela 1 Warto#ci MIC (µµµµg/ml) dla -metylenolaktonów (78, 79) i standardowych #rodków przeciwgrzybiczych (78) (79) miconazol bifonazol A. niger ATCC 6275 0,6 0,6 3,0 0,3 A. ochraceus ATCC 12066 0,6 0,6 3,0 0,3 A. versicolor ATCC 11730 0,6 0,3 4,0 0,3 A. flavus ATCC 9643 1,2 0,6 1,0 0,3 P. ochrochloroni ATCC 9112 0,6 1,2 2,0 0,45 P.funiculosum ATCC 36839 0,6 1,2 4,0 0,45 T. viride IAM 5061 1,2 1,2 4,0 0,45 C. cladosporides ATCC 13276 0,15 0,15 0,06 0,2 A. alternata DSM 2006 <0,075 0,15 1,0 0,3 O Cl N Cl N Cl Cl N N miconazol (82) _{bifonazol (83)}

Kostunolid (19) oraz dehydrokostuslakton (84), seskwiterpenowe metylenolaktony izolowane m.in. z ro?lin rodziny Compositae w badaniach grzybobójczych przeciwko

Cunninghamella echinulata wykazaFy EC50 (efektywne stHIenie hamujBce) na zbliIonym

poziomie w porównaniu do kolejnego standardowego leku, ketokonazolu (85).68

O O O H H O O O N N O N N Ac Cl Cl

kostunolid (19) dehydrokostuslakton (84) ketokonazol (85)

Z wystHpujBcej w póFnocnozachodniej czH?ci Chin ro?liny Ajania fruticulosa stosowanej od wielu stuleci w leczeniu m.in. grzybic wyizolowano69, odpowiedzialne za te

wFa?ciwo?ci utlenione guajanolidy (86, 87), które w badaniach in-vitro wykazywaFy silne hamowanie wzrostu Candida albicans.

O H O O O H O H OH OH O H O O O H O H OH OH 86 87

Problem atakowania organizmów przez grzyby nie dotyka tylko organizmów zwierzHcych, lecz takIe ro?lin. Bardzo czHstym przypadkiem jest atakowanie upraw np. ziemniaków przez zarazH ziemniaczanB Phytophtora infestans czHsto niszczBcej caFkowicie plony. Pewne nadzieje wiBIe siH z izolowaniem oraz stosowaniem naturalnych fungicydów, pozyskiwanych z innych ro?lin. PrzykFadem na to moIe by@ Smallanthus sonchifolius, ro?lina szeroko rozpowszechniona pierwotnie w Andach Wysokich, implementowana obecnie na teren Japonii i Nowej Zelandii bHdBca doskonaFym RródFem oligofruktanów. W plantacjach tej ro?liny nie sB potrzebne Iadne pestycydy i fungicydy. Inoue i wsp.70 wykazaF, iI spowodowane jest to obecno?ciB w jej skFadzie silnie grzybobójczych -metylenolaktonów: polimatyny B (88), uvedaliny (89), enhydryny (90) i melampodynina (91)

O O O O O OAc O O O O O O OAc O O O O O O O OAc O O O _O O O OAc O O OH O O O O H H polimatyna B (88) uvedalina (89) enhydryna (90) melampodynina (91)

Na koniec warto poda@ przykFad tulipozydów (92-95) zwiBzków wystHpujBcych naturalnie w bulwach tulipanów, powodujBcych ich duIB odporno?@ na fuzariozH zgorzelowB, wywoFywanB przez Fusarium oxysporum71,72. Glikozydy te, sB prekursorami tulipaliny A (97) oraz B (98), silnie przeciwgrzybiczych metylenolaktonów i, co ciekawe, wywoFujBcych takIe alergicznB chorobH skóry „tulip fingers”, tzw. „chorobH hodowcy tulipanów”.

O OH OH O H O H O O R OH O OH O O OH O H O H OH O O R OH O OH O O OH O H O H O O R R=H tulipalina A (97) R=OH tulipalina B (98) R=H 6-tulipozyd A (92) R=OH 6-tulipozyd B (93) 1-tulipozyd A (94) R=H 6-tulipozyd D (95) R=OH 6-tulipozyd F (96)

2.8 Dzia5anie bakteriobójcze

ZwiBzki chemiczne inhibujBce wzrost bakterii lub zabijajBce je, ze wzglHdu na szereg medycznych i farmaceutycznych zastosowaN, stanowiB cenny obiekt poszukiwaN. W?ród wielu tego typu substancji moIna znaleR@ takIe pokaRnB grupH seskwiterpenowych -metylenolaktonów.

Z naziemnych czH?ci ro?liny Tanacetum densum wyizolowano73,74 sivasinolid (99), 8 -hydroxyanhydroverlotorinH (100), oraz deacetyl 1 ,10 -epoksydu tulipinolidu (101), wykazujBce wFa?ciwo?ci bakteriobójcze przeciwko Bacillus subtilis i Klebsiella pneumoniae. Inny gatunek tej ro?liny, Tanacetum argyrophyllum posiada w swoim skFadzie takie metylenolaktony, jak tanachina (102), izospeciformina (103), tabulina (104), dentatyna A (105), dziaFajBce na szczepy S. aureus, B. subtilis i E. coli75.

O H O OH OH O O OH O O OH O O

sivasinolid (99) 8 -hydroxyanhydroverlotorina (100) deacetyl 1,10-epoksydu tulipinolidu (101)

O O OH OH O O OH OH O O O OH OH O OH OH O

tanachina (102) izospeciformina (103) tabulina (104)

WystHpujBcy w poFudniowej Afryce krzew Veronia colorata zawiera w swoim skFadzie laktony, przebadane na aktywno?@ bakteriobójczB: wernolid (13), 11 ,13-dihydrovernolid (106) oraz podwójny -metylenolakton - wernodalinH (12)76. WysokB aktywno?@ przeciw bakteriom Gram (+) wykazujB w tym przypadku tylko laktony, posiadajBce ugrupowanie -metylenowe. Fakt ten stanowi kolejny dowód tezy, iI to wFa?nie grupa -metylenowa laktonu odpowiedzialna jest za wiHkszo?@ wFa?ciwo?ci biologicznych seskwiterpenów. O O O O O O OH O O O O O O OH H O O O O O O OH

wernolid (13) 11,13-dihydrovernolid (106) wernodalina (12)

2.9 Dzia5anie antymykobakteryjne

W najnowszej literaturze mikrobiologicznej spotyka siH rozróInienie pomiHdzy aktywno?ciB bakteriobójczB a antymykobakteryjnB zwiBzków (dawna systematyka zaliczaFa mycobacterie do bakterii). W swojej pracy rozdzieliFem wiHc te dwie aktywno?ci. Aktualnie ilo?@ zachorowaN na gruRlicH wciBI ro?nie i szacuje siH, iI co roku przybywa na ?wiecie okoFo 8 milionów nowych zachorowaN, z czego ponad 3 miliony koNczB siH ?mierciB. Odkryte w latach 40 i 50 ubiegFego wieku antybiotyki przeciwgruRlicze powoli wywoFujB oporno?@ szczepów Mycobacterium tuberculosis. Prowadzone sB wiHc ciBgle poszukiwania nowych zwiBzków, mogBcych w przyszFo?ci zastBpi@ lub wspomóc wykorzystywane dzisiaj leki. Fischer i wsp.77 przebadaF kilka par -metylenolaktonów o dziaFaniu przeciwmykobakteryjnym, oraz ich -metylo pochodne. Dowiedli, iI aktywno?@ zdecydowanie spada przy braku , wiBzania podw ójnego w stosunku do grupy karbonylowej. DokFadnie nie jest znane miejsce dziaFania laktonów, autorzy przypuszczajB iI moIe to by@ fosfofruktokinaza lub inny niezbHdny enzym, ulegajBcy alkilowaniu. Nadzwyczajna aktywno?@ partenolidu (46) skFoniFa autorów do opracowania mechanizmu

alkilowania partenolidu, zakFadajBcego addycje dwóch czBsteczek nukleofila i tworzenie produktów (107, 108) (Schemat 6): O O O O O O H O O O H Nu O O O H Nu H Nu partenolid (46) Nu -H+ + Nu -HNu 108 107

Schemat 6 Reakcje alkilowania partenolidu

2.10 W5a#ciwo#ci allelopatyczne -metylenolaktonów

Stosowanie syntetycznych insektycydów i herbicydów w uprawach ro?linnych niesie za sobB takie skutki uboczne jak zanieczyszczanie ?rodowiska, tworzenie siH oporno?ci, zaburzanie równowagi ekologicznej. W zwiBzku z tym poszukuje siH coraz to nowych naturalnych herbicydów. Coraz wiHksze nadzieje wiBIe siH z uIywaniem tanich, dostHpnych i bezpiecznych ekstraktów ro?linnych i zastHpowanie nimi oprysków syntetycznymi herbicydami.

W licznych badaniach obserwuje siH wpFyw seskwiterpenowych -metylenolaktonów, wystHpujBcych naturalnie w ro?linie na wzrost i rozwój innych ro?lin. Bardzo interesujBcym przykFadem, moIe by@ tutaj wpFyw pewnego gatunku sFonecznika uprawnego, Helianthus

annus, na rozwój nasion saFaty Lactuca sativa var nigra, pieprzycy siewnej Lepidium sativum,

jHczmienia zwyczajnego Hordeum vulgare oraz pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum)78,79.

Z ekstraktów li?ci sFonecznika wyizolowano caFy szereg -metylenolaktonów guajanolidowych i germakranolidowych (109-114) oraz annuolid F i G (115, 116), helivypolid A, B, D, E (117-120), melampolid (121) a takIe prosty

trimetylohydroksybicykliczny -lakton (122). Badania nad ich aktywno?ciB dowiodFy, Ie cho@ prawie wszystkie posiadajB grupH -metylenowB, ich dziaFanie w duIej mierze zaleIy takIe od budowy pozostaFej czH?ci zwiBzku. Dowiedziono, iI obecno?@ 4,5–Z wiBzania podwójnego zwiHksza aktywno?@ allelopatycznB laktonu, inhibujBc wzrost badanych ro?lin. Stwierdzono takIe, Ie inhibicja siFy kieFkowania jest ogólnie wiHksza w przypadku germakranolidów niI guaianolidów, co autorzy tFumaczB wzrostem usztywnienia czBsteczki.

Stwierdzono takIe80, Ie kieFkowanie takich ro?lin jak: saFata, pomidor, chwastnica jednostronna, w obecno?ci nasion sFonecznika jest bardzo znacznie ograniczone. WpFyw ten przypisuje siH wytwarzanym dwóm izomerycznym laktonom: sundiversifolidowi (123) oraz diversifolidowi (124). InhibujB one kieFkowanie innych ro?lin juI w stHIeniu 30 ppm.

RosnBca na obszarze Meksyku Ratibidia mexicana, popularna ro?lina lecznicza, z korzeni której wytwarza siH napary stosowane w leczeniu bólów gFowy i przeziHbieN zawiera izoalantolakton (75) oraz elema 1,3,11-trien-8,12–olid (125), która wpFywa hamujBco na wzrost Amaranthus hypochondriacus, Echinochla crus-galli81. BadajBc ich dziaFanie stwierdzono wpFyw -metylenolaktonu na zahamowanie syntezy ATP, wychwytu protonu i transportu elektronów z wody do metylowiologenu. Mechanizm ten wydaje siH by@ podobny do efektu innych herbicydów, inhibitorów reakcji Hill’a (parakwat, dikwat). Celem udowodnienia dziaFania -metylenowego fragmentu laktonu syntezowano nasyconB (126) oraz pirazolowB (127) i epoksydowB (128) pochodnB. Analogi te charakteryzowaFy siH wysoce ograniczonym dziaFaniem, potwierdzajBc istotny wpFyw grupy -metylenowej.

O O O H H H O O OH H H O O OH O H H O O O O H H O O H O O O H H O OH O O O O H O O O O O O H O O O O O O H O O O O O O H O H O O O O O O H O O O H O O O O O O H O O O CHO OH O O O OH O O O annuolid F (115) (112) melampolid (121) helivypolid D (119) 122 helivypolid A (117) helivypolid B (118) helivypolid E (120) leptokarpina (114) annuolid G (116) 109 110 111 (113) 4 ₅ 4 5

O OH O O OH O sundiversifolid (123) diversifolid (124) O O O O O O N N O O O O O 126 127 128 125 izoalantolakton (75)

Stwierdzono82, iI wystHpowanie tak popularnego w naszej szeroko?ci geograficznej chwastu, chabra drobnogFówkowego (Centaurea diffusa) wiBIe siH ze zdobywaniem przewagi ekologicznej w postaci wydzielanych przez niego seskwiterpenowych -metylenolaktonów: knicyny i jej octanu (129,130), eudesmanolidów (131-133). Bylica roczna (Artemisia annua) takIe posiada wFa?ciwo?ci ograniczajBce kieFkowanie i wzrost wielu ro?lin83. Co ciekawe, okazaFo siH iI wydzielany -metylenowy seskwiterpen – arteannuina B (134) jest aktywny na jednoli?cienne, natomiast seskwiterpenowy acetal - arteter (135) na dwuli?cienne84.

O O O H O O OH OR R= H knicyna (129) R= Ac (130)

O O O H O O OH OH O O O H O O OH OAc O O O O OH OH CHO O O H H O O H O O O H O 131 132 133 134 ₁₃₅

Zjawisko allelopatii dotyczy nie tylko ro?lin lBdowych, ale teI i wodnych. Zaobserwowano85 iI rdestnica pFywajBca Patamogeton natans silne inhibuje wzrost fitoplanktonu, a aktywnymi skFadnikami metabolitów sB tam diterpenowe laktony typu labdanu, posiadajBce podwójne wiBzanie w pozycji , do grupy karbonylowej: dilakton (136), andrograpanina i jej octan (137, 138) oraz glukozowa pochodna neoandrografolid (139). O O RO O O O O O H O H O HCH2OH O O O O R= H andrograpanina (137) R= Ac (138) 136 neoandrografolid (139)

Zjawisko allelopatii to nie tylko inhibicja wzrostu ro?lin, ale takIe stymulowanie kieFkowania i rozwoju innych. PrzykFadem mogB tu by@ trudne w zwalczaniu chwasty: zaraza

Orobanche cumana, czy Striga. Stwierdzono, iI induktorami wzrostu tych pasoIytniczych

ro?lin sB ditrepeny, jak strigol (140), z sorgo i kukurydzy, sorgolakton (141) z sorgo, alektrol (142) i orobanchol (143) z fasolnika chiNskiego (Vigna sinensis) i koniczyny FBkowej (Trifolium pratense)86. Znane jest takIe silne dziaFanie tzw. czynnika GR-24 (144)

O O O O O O O O O O O O O O O O O O OH O O O O O O strigol (140) GR-24 (144) sorgolakton (141) orobanchol (143) alektrol (142)

Analogiczne, stymulujBce wzrost innych chwastów dziaFanie wykazujB takIe seskwiterpenowe -metylenolaktony, izolowane m.in. ze sFonecznika (145-149):

O O OH O O OH O H O O O H O O OH OH O O OH OH O H O _O O O H _H H

melamopomagnolid A (145) 5- hydroksy-izozaluzanina C (146) izozaluzanina C (147)

partenina (150)

148 149

Obecnie do?@ duIe nadzieje wiBIe siH z parteninB (150), która przeszFa juI pozytywnie testy pierwszego i drugiego etapu badaN na aktywno?@ herbicydowB. DokFadne badania przeprowadzane na tym zwiBzku wykazaFy87, iI przejawia ona wFa?ciwo?ci herbicydalne na owies gFuchy (Avena fatua), uczep owFosiony (Bidens pilosa), Ageratum conyzoides czy pszenicH zwyczajnB Triticum vulgare. Podana doglebowo dziaFaFa ona silniej na system korzeniowy, niI na pHdy, hamujBc nie tylko wzrost, lecz takIe zmieniajBc zawarto?@ wody i

chlorofilu w komórkach. Pandey i wsp. wykazali, iI partenina (150), spowalniajac rozwój hiacynta wodnego, wywoFuje w jego komórkach wiele fizjologicznych zmian, od uszkodzenia bFon komórkowych, poprzez zmniejszenie aktywno?ci dehydrogenaz w korzeniu do utraty chlorofilu w li?ciach wFBcznie.

Ekstrakt z Flourensia cernua, ro?liny wystHpujBcej na obszarze Ameryki XaciNskiej,

przez rdzennych mieszkaNców stosowany przeciwko niestrawno?ci, biegunce, czerwonce wykazuje silne dziaFanie jako retardant (zwiBzek hamujBcy wzrost ro?lin) przeciwko szarFatowi (Amaranthus hypochondriacus). Jego aktywnymi skFadnikami sB m.in. dFugoFaNcuchowe laktony od tetrakozo-4-olidu do triakontan-4-olidu (151). Autorzy postulujB, iI fitotoksyny z A. hypochondriacus dziaFajB na kalmodulinH (CaM), bardzo aktywne biaFko, wspóFdziaFajBce z enzymami takimi jak fosfodiesterazy, fosfatazy biaFkowe, syntazy NO. Takie dziaFanie moIna porówna@ do efektu, jaki wywoFuje chlorpromazyna – dobrze poznany inhibitor CaM.

O O

n n = 18 - 24

151

Ugrupowanie -metylenolaktonowe wystHpuje równieI w wielu izolowanych z ro?lin fitotoksynach. Dobrze poznanB fitotoksynB jest dehydrozaluzalina C (DHZ) (152), seskwiterpenowy -metylenolakton, szeroko wystHpujBcy w?ród ro?lin z rodziny zFoIonych. Stwierdzono89 iI hamuje on wzrost ogórka siewnego (Cucumis dativus), poprzez wywoFywanie wycieku plazmy membranowej. Pokazano, iI najbardziej toksyczne dla komórek sB produkty addycji Michaela grupy tiolowej enzymów do , nienasyconego fragmentu czBsteczki (Schemat 7). InteresujBcym wydaje siH fakt, iI uzyskano cofniHcie toksycznego dziaFania laktonu poprzez dodanie glutationu, tworzBcego mono i di-addukty (153, 154) z laktonem i produktami przyFBczenia laktonu do enzymów. O sile dziaFania dehydrozazuliny C moIe ?wiadczy@, iI jej dziaFanie jest porównywalne do acifluorfenu (155), szeroko rozpowszechnionego herbicydu o nazwie handlowej Blazer. W kolejnych badaniach wykazano90, iI przyrost korzeni niektórych ro?lin (pszenica, cebula, jHczmieN) byF zahamowywany przez DHZ przy podobnych lub nawet niIszych stHIeniach w porównaniu do stosowanego w testach wzorcowego herbicydu – Logranu (59,4% terbumetryny i 0,6 % triasulfuron).

O O O O O O S G O O O S G S G G-S-H monoaddukt (153) G-S-H diaddukt (154) 72 dehydrozaluzalina C (152)

Schemat 7 Reakcja dehydrozaluzaniny D z glutationem

NO₂

Cl COOH

O F₃C

acifluorfen (155)

ZbliIone badania pokazaFy takIe91, iI guajanolidy, gFównie dehydrokostuslakton, izolowane z Saussurea lappa i ich syntetyczne allilohydroksypochodne posiadaFy aktywno?@ herbicydalnB na poziomie – Logranu.

2.11 Aktywno#$ ograniczaj9ca @erowanie owadów

-Metylenolaktny oprócz oddziaFywania na inne ro?liny, jak ma to miejsce w zjawisku allelopatii, wykazujB równieI aktywno?@ biologicznB w stosunku do owadów. Szczególne znaczenie majB metylenolaktony bHdBce deterentami pokarmowymi owadów zwanych inaczej antyfidantami czyli substancjami, które dziaFajBc na receptory smaku owadów ograniczajB ich Ierowanie. Streibl i wsp.92 stwierdziF dzialanie alantolaktonu (15), izoalantolaktonu (77) oraz ent-izoalatolaktonu (156) jako deterenta pokarmowego w stosunku do woFka zboIowego (Sitophilus granrius), skórka zboIowego (Trogoderma granarium) i trojszyka ulca (Tribolium confusum).

O O O N N O O O O H O O H

anhydropartenina (157) pirazolinowy addukt parteniny (158) ent-izoalantolakton (156)

Partenina (150) oaz anhydropartenina (157) wykazujB dziaFanie antyfidantne93 w stosunku do larw owada Spodoptera littura i dorosFych osobników Callosobrachus

maculatus. InteresujBce, Ie pirazolinowy addukt do parteniny wykazywaF dziaFanie

antyfidanta porównywalne do azadirachtyny – triterpenu obecnego w miodli indyjskiej

Azadirachta indica, który posiada jednB z najwyIszych aktywno?ci tego typu.

O O H OH O O H O O C H₃ O C H₃ O CH₃ O H H O OH CH₃ OH O CH₃ OCH₃ OCH₃ azadirachtyna

W li?ciach tulipanowca amerykaNskiego (Liriodendron tulipifera) znajdujB siH germakranolidowe laktony: lipiferolid94 (159), peroxyferolid95 (160) i tulirinol96 (161), bHdBce antyfidantami w stosunku do larw @my Lymantria dispar.

O O O H AcO OAc O O O HOO H OAc O O O H tulirinol (161) peroksyferinolid (160) lipiferolid (159)

W pHdach oraz stoIkach korzeni cykorii podróInika (Cichorium intybus) znajdujB siH laktucyna (162), laktupikryna (163), 8-deoksylaktucyna (164) oraz 11 (S), 13-dihydrolaktukopikryna (165)97, które sB deterentami pokarmowymi98,99 w stosunku do szaraNczy pustynnej (Schistocerca gregaria). SB to substancje, charakteryzujBce siH

dodatkowo bardzo gorzkim smakiem o progu wyczuwalno?ci okoFo 1 ppm (dla ostatniego zwiBzku wynosiF tylko 0,2 ppm).

O O O H O O O O H OH O O O H O O O OH O O O H O O O OH 8-deoksylaktucyna (164) laktucyna (162) laktupikryna (163) 165

Dodatek do poIywienia tetraneuryny A i E (166, 167) oraz patrenolidu (46), laktonów izolowanych z róInych gatunków zFocienia, znacznie hamowaFo rozwój szkodników:

Heliothis zea oraz Spodoptera exigua100.

O O O O H OAc O O OAc O H OH tetraneuryna A (166) tetraneuryna E (167)

Badania pary laktonów wyizolowanych z Encelia actoni: enceliny (168) i farinozyny (169), jako antyfidantów wzglHdem polifagicznego Spodoptera littoralis wykazaFy znacznie silniejszB aktywno?@ zwiBzku posiadajBcego ugrupowanie -metylenolaktonowe101.

O O O H O O O H _HO encelina (168) farinozyna (169)

Niestety, pomimo duIej ilo?ci przykFadów deterentnego dziaFania zwiBzków z ugrupowaniem -metylenolaktonowym, dokFadny mechanizm ich dziaFania nie jest do koNca poznany 102.

3. BIOSYNTEZA PODSTAWOWYCH SZKIELETÓW SESKWITERPENOWYCH LAKTONÓW

Ze wzglHdu na ogromnB ilo?@ wystHpujBcych w przyrodzie laktonów omówienie ich biosyntezy znacznie wykraczaFoby poza objeto?@ tej dysertacji. OgraniczH siH wiHc tutaj do przedstawienia powstawania najczH?ciej wystHpujBcych w naturze typów strukturalnych laktonów.

Bez wzglHdu na ?cieIkH powstawania pirofosfotanu izopentenylu (IPP) (mewalonianowa lub deoksyksylulozowa) kondensuje on z dimetyloallilopirofosforanem (DMAPP), dajBc dziesiHciowHglowy geranylodifosforan (GPP), z którego wywodzB siH monoterpeny45. Syntaza farnezylowa katalizuje z kolei kondensacje GPP z nastHpnB czBsteczkB IPP. PowstaFy w ten sposób piHtnastowHglowy difosforan farnezylu (FPP) jest RródFem seskwiterpenów, bBdR teI moIe podlega@ dalszej reakcji kondensacji z IPP do difosforanu geranylogeraniolu (GGPP) (170) (Schemat 8).

OPP OPP H H OPP OPP H H R S OPP H H R S OPP H H R S + OPP OPP H H OPP H H OPP R S + GPP DMAPP IPP FPP + R S R S GGPP (170) -H+ + + +

Laktony posiadajBce szkielety guajanu, elemanu, eudesmanu czy germakranu biosyntetycznie wywodzB siH z FPP103,104 (Schemat 9).

OPP syntaza germakranowa FPP germakren A germakren B cyklaza

germakranowa _{ukFad guajanowy}

uklad eudesmanowy

Schemat 9. Biosynteza szkieletu germakranowego, guajanowego i eudesmanowego

Poznana zostaFa dobrze biosynteza kostunolidu (19), laktonu wystHpujBcego m.in. w cykorii105. Udowodniono, iI obie hydroksylacje w allilowej pozycji odbywajB siH przy wspóFudziale cytochromu P-450 (Schemat 10).

OPP syntaza germakranowa O H O O OH O OH OH O O FPP -OPP (+) germakren A NADPH NADP O2 H2O NAD(P)+ NAD(P)H NAD(P)+ _NAD(P)H NADP+ _NADPH H₂O O₂ kostunolid (19)

Schemat 10. Biosynteza kostunolidu z FPP

InteresujBca wydaje siH stereochemia cyklizacji FPP w wyniku, której powstaje germakren A (Schemat 11). Tylko izomer (R) (171), w którym grupa izopropenylowa jest w pozycji ekwatorialnej podlega dalszym reakcjom utlenienia, tak wiHc prawie wszystkie naturalne eudesmanolidy (172), germakranolidy (173) i guajanolidy (174) laktonowy wHgiel posiada@ bHdB nad pFaszczyznB pier?cienia. Biosynteza szkieletu aristocholenu (175) nastHpuje w inny sposób poprzez cyklizacjH (S)-germakrenu A.

H OPP _H H O O H H + H O O O O OPP H H (R) germakren A (171) germakranolid A-H eudesmanolid guajanolid (S) germakren A aristolochen (175) lakony seskwiterpenowe 172 173 174

Schemat 11. Biosynteza guajano-, eudesmano- i germakranolidów

Nie wszystkie naturalne seskwiterpenowe -metylenolaktony sB bi- lub tricykliczne. Dla przykFadu antekotulid (176) (Schemat 12) jest produktem kondensacji GPP z DMAPP, a nastepnie hydroksylacji i utlenienia do monocyklicznego laktonu (176), bBdR teI produktem przemian germakranolidowego prekursora (177)106:

OPP OPP OPP OPPOH O O O O O GPP DMAPP [O] [O] 177 antekotulid (176) [O]

+

Schemat 12. Biosynteza antekotulidu

IstniejB takIe -metylenolaktony, posiadajBce dimerycznB budowH, np. posiadajBcy wFa?ciwo?ci allelopatyczne helivypolid G107 (178), obecny w sFoneczniku zwyczajnym (Helianthus annuus). O O O O O O O O O O O O helivypolid G (178)

NaleIy teI nadmieni@, iI jakkolwiek naturalne -metylenolaktony, w swojej przewaIajBcej wiHkszo?ci naleIB do grupy piHtnastowHglowych seskwiterpenów, to jednak istnieje takIe pewna grupa laktonów posiadajBca od dziesiHciu do dwudziestu (i wiHcej). wHgli. Ostatno zostaFy odkryte w ro?linie z rodzaju Gardenia takIe silnie cytotoksyczne, o aktywno?ci dorównujBcej eliptycynie, -metylenolaktony o strukturze przypominajBcej steroid (cykloartanowej) – ester metylowy tubiferolidu (179), koronalolid (180) i jego ester metylowy (181)108. Ito i wsp. w 2005 roku109 wyizolowali z Murraya siamensis równieI

-metylenolaktonowe pochodne kumaryny – murrayakumarynH B (182), wykazujBce silnB aktywno?@ przeciwnowotworowB i przeciwwirusowB.

O H H O R₁OOC H R₂ O O O O O O OH H R₁= R₂= Me 179 R1_{= H, R} 2= CHO 180 R₁= Me, R₂= CHO 181 murrayakumaryna B (C₁₉) (182) O O HOOC O O HOOC 11 O H H OH O O O O OH H H O O O H H O metylenolaktocyna (C₁₁) (183) kwas protolichestrenowy (C₁₉) (184) peonilakton B (C₁₀) (186) jolkinolid D (C₂₀) (185) ethisolid (C₉) (187)

Metylenolaktocyna (183), kwas protolichesterenowy (184), jolkinolid D (185), peonilakton B (186) czy ethisolid (187) to kolejne przykFadami metylenolaktonów, nieposiadajBcych typowej seskwiterpenowej budowy110, 111, 112.

4. METODY CHEMICZNEJ SYNTEZY -METYLENOLAKTONÓW

Szerokie wystHpowanie w przyrodzie, duIa róInorodno?@ wFa?ciwo?ci biologicznych -metylenolaktonów, a takIe chH@ modyfikacji naturalnie wystHpujBcych zwiBzków skFoniFy uczonych do poszukiwania róInych metod syntezy -metylenolaktonów. Reakcji, prowadzBcych do ich syntezy jest kilkadziesiBt, i cho@ wiHkszo?@ z nich swój poczBtek bierze w latach 60 i 70, to takIe ostatnie lata przynoszB doniesienia o caFkowicie nowatorskich metodach ich syntezy. Trzy najwaIniejsze prace przeglBdowe dotyczBce tej tematyki sB autorstwa P. A. Grieco (1975)113 H. M. R. Hoffmanna (1985)114 oraz N. Petraganiego (1986)

115_{. Prezentowany w niniejszej dysertacji przeglBd metod syntez ma równieI charakter}

autorski.

4.1. Halo- lub selenolaktonizacja ,,,, -nienasyconch kwasów

Reakcja halolaktonizacji jest wykorzystywana w syntezie organicznej od prawie stu lat, kiedy Bougoult116 po raz pierwszy przeksztaFciF , oraz , nienasycone kwasy w jodolaktony, wykorzystujBc roztwór jodu w NaHCO3. Reakcja ta polega na

diastereoselektywnym przyFBczeniu chlorowca do podwójnego wiBzania a nastHpnie ataku karboksylowego nukleofila, prowadzBc do powstania halolaktonów. O jej szerokim znaczeniu moIe ?wiadczy@ fakt, iI, obecnie istnieje ponad sze?@dziesiBt wariantów tej reakcji117. W syntezie metylenolaktonów, znalazFa zastosowanie przy reakcji cyklizacji -metylenokwasów, bBdR -metylokwasow z FatwoodchodzBcB grupB przy wHglu , np. grupB fenyloselenowB. PrzykFadem tego moIe by@ powstawanie 2-jodo-7-metyleno-9-oksabicyklo [4.3.0]nonan-8-onu (188), jako produktu bezpo?redniej jodolaktonizacji , nienasyconego -metylenokwasu (189) (Schemat 13)118. Zgodnie z mechanizmem reakcji (trans addycji) powstaje cis-laktonowy pier?cieN z atomem jodu w pozycji trans do tlenu

COOEt _COOH O O I 1. NaOH I₂/KI/NaHCO₃ /H₂O 189 ₁₈₈ 2. HCl Schemat 13

JodolaktonizacjH w ukFadzie I2/NaHCO3 kwasu -metylo- -selenofenylo- ,

-nienasyconego kwasu wykorzystali Petragani i Ferraz119 w syntezie chemicznej frullanolidu (Schemat 14). Jest to seskwiterpenowy lakton wywoFujBcy silne odczyny alergiczne, wystHpujBcy m. in. w wBtrobowcu Frullania dilatata. Trans addycja jodu do wiBzania podwójnego umoIliwiFa w tym wypadku powstanie cis przyFBczonego pier?cienia laktonowego, poFoIonego nad pFaszczyznB pier?cieni dekalinowych, w ukFadzie charakterystycznym dla eudesmanolidów. Ugrupowanie -metylenowe tworzy siH ostatecznie w wyniku syn-eliminacji fenyloselenu 30% wodB utlenionB w obecno?ci kwasu octowego. Grupa fenyloselenowa zapewne zostaFa wybrana, ze wzglHdu na odporno?@ na warunki reakcji halolaktonizacji, jak teI i na przewagH -metylenowego produktu eliminacji. NaleIy podkre?li@, iI jodolaktonizujBcy kwas byF tu produktem reakcji substytucji -bromocykloalkenu i podwójnej soli litowej kwasu -fenyloselenopropionowego.

PhSe COO-Br SePh COOH O I O SePh O O SePh O O 2Li+ I₂/KI/NaHCO₃ /H₂O DBU H2O2/AcOH frullanolid

+

Równie czHsto co jodolaktonizacja , -nienasyconych -metylenokwasów karboksylowych stosowana jest ich selenolaktonizacja. Raucher120 przeprowadziF selenolaktonizacjH -metylofenyloseleno- , -nienasyconego kwasu (191) chlorkiem fenyloselenowym (Schemat 15). Podwójna eliminacja wodB utlenionB pozwoliFa w ostatnim etapie syntezy na otrzymanie odpowiedniego metylenolaktonu (190). InteresujBce w tej syntezie byFo otrzymanie , nienasyconego estru jako produktu reakcji przegrupowania Claisena alkoholu allilowego z ortoestrem propylo-fenyloselenowym.

O H PhSe COOEt COOH PhSe O SePh O SePh O O

+

Wprowadzenie grupy -metylenowej odbywa@ siH moIe takIe poprzez reakcje Woodswotrh-Emmonsa -fosfono-laktonów. Minami121 uzyskaF fosfonolakton, jako produkt jodo- lub selenolaktonizacji , kwasu -dimetoksyfosfono-(2-cykloheksen-1-ylo) octowego (Schemat 16). Reakcje kondensacji fosfonolaktonu z paraformaldehydem moIna prowadzic zarówno na jodo, jak i fenyloselenolaktonie. GrupH metylenowB wprowadzono w reakcji z NaH i parafrmaldehydem na dwa sposoby: przed lub po eliminacji fluorowca za pomocB DBU. Laktonizowany nienasycony kwas byF produktem reakcji -bromoalkenu i dimeylofosfonooctanu etylu, a nastHpnie zasadowej hydrolizy.

Br P O O O EtOOC P O O O HOOC O O X P(O)(OEt)₂ O O P(O)(OEt)₂ O O X O O

+

NaH, (HCHO)_n DBU lub H2O2

DBU lub H₂O₂ NaH, (HCHO)n

X = I lub SePh I₂/NaHCO₃ lub PhSeBr 192 Schemat 16

-Hydroksyester, posiadajBcy na wHglu grupH FatwoeliminujBcB siH do grupy metylenowej, w wyniku reakcji retro Dielsa-Aldera, zostaF zsyntezowany przez McCulloch i wsp122. Wykorzystali metyloakrylanowy addukt reakcji Dielsa-Aldera do antracenu (193), poddajBc go reakcji substytucji nukleofilowej z tlenkiem propylenu. PowstaFy spirolakton pod wpFywem wysokiej temperatury (250-300o) ulega reakcji retro Dielsa-Aldera, w wyniku czego powstaje racemiczny -metyleno- -metylenolakton (194), z wydzieleniem siH antracenu (Schemat 17)

O COOH O _O 250-300o_C dest. próIniowa

+

4.2. Laktonizacja hydroksykwasów i hydroksyestrów

Laktony, mogB by@ Fatwo syntezowane w bezpo?redniej reakcji cyklizacji hydroksyestru bBdR hydroksykwasu. Tworzenie ugrupowania -metylenowego odbywa@ moIe siH juI na etapie estru lub kwasu, bBdR tak jak to miaFo miejsce w przypadku halolaktonizacji, laktonizowany substrat w pozycji posiadaF grupH FatwoodchodzBcB.

Marino i Farina123 przeprowadzili reakcjH estryfikacji -metyleno- -hydroksykwasow, przy udziale kwasu toluenosulfonowego do trans i cis laktonów (194, 195) lub w obecno?ci dicykloheksykokarboimidu (DCC) do laktonu trans (194) (Schemat 18). Substraty w reakcji estryfikacji otrzymane zostaFy poprzez addycjH do nienasyconego epoksydu miedzianu bis 1,1-dietoksy-2-propenylowego (196), a nastHpnie hydrolizie i utlenieniu otrzymanego produktu. Niestety w wyniku addycji uzyskano mieszaninH -metyleno- -hydroksyacetali (197), jako produkty przyFBczenia 1,2 i 1,4 (70% do 30%).

O Cu OEt OEt N OHEtO OEt OEt EtO OH O O O O OH COOH COOH OH O O

+

+

-+

+

Laktonizacja kwasowa -hydroksy- -metylo- -fenyloselenokwasu prowadzi do otrzymania laktonu, posiadajBcego w pozycji grupH metylowB i fenyloselenowB, która do?@ Fatwo ulega reakcji oksydacyjnej eliminacji woda utlenionB w obecno?ci kwasu octowego do -metylenolaktonu (198)124. DuIB zaletB takiej metody jest powstawanie -metylenolaktonu, jako jedynego produktu eliminacji. LaktonizujBcy hydroksykwas byF produktem addycji kwasu -fenyloselenopropionowego do epoksycykloheksanu (Schemat 19).

O Ph Se COOH O COO-Se Ph O O SePh O O LDA -60 o_C

+

Laktonizacja -metyleno- -hydroksy estru przy uIyciu kwasu toluenosulfonowego do -metylenolaktonu (198) to kolejny przykFad syntezy chemicznej metylenolaktonów125 (Schemat 20). Ester ten powstawaF w wyniku reakcji epoksycykloheksanu i kwasu 2-tiofenylopropanowego, a nastHpnie estryfikacji grupy karboksylowej diazometanem. Eliminacja reszty tiofenylowej, celem utworzenia poIBdanego wiBzania podwójnego na wHglu

,przeprowadzona zostaFa poprzez utlenienie kwasem meta-chloronadbenzoesowym do sulfinylofenylowej a nastHpnie ogrzewanie z trihydroksymetylofosfinB.

O Ph S COOH OH COOH S Ph OH S Ph O COOMe OH COOMe O O LDA -60 o_C 1. CH₂=N₂ 2. m-CPBA P(CH₂OH)₃ TosOH/Ph

+

Draillard126 uzyskaFa czysty enancjomer ipsdienolu 1 (201), bHdBcego feromonem agregacyjnym owada Ips paraconfusus (Schemat 21). Kluczowym elementem syntezy byFo

otrzymanie chiralnego alkoholu przy udziale -funkcjonalizowanego 2-endo-fenylo-2,3-egzo-boranodiolem alliloestru (199).

Laktonizacja chiralnego -metyleno- -hydroksyestru za pomocB wodorku sodu pozwoliFa uzyska@ chiralny metylenolakton (200), który redukowany wodorkiem diizobutyloglinu (DIBAL-H) daF jako produkt hydroksyaldehyd, który poddany reakcji Wittga z metylenotrifenylofosforanem daF optycznie czysty ipsdienol 1 (201).

CHO O O B COOMe Ph OH COOMe O O O H

+

Reakcja, bromometyloakrylanu metylu z pirogronianem etylu katalizowana indem (reakcja typu Reformackiego), pozwala uzyska@ -metyleno- -hydroksyester (202) (Schemat 22). Laktonizacja tego kwasu przy udziale kwasu toluenosulfonowego prowadzi w nastHpnym etapie do otrzymania -metylenolaktonu z grupB karboksyetylowB. Racemiczny karboksyetylolakton poddano rozdziaFowi na czyste enancjomery lipazB z trzustki wieprzowej (PPL) oraz lipazB z Candida rugosa w wyniku czego z 90% ee otrzymano i karboetoksy- i karboksy -metylenolaktonylaktony (203, 204).

Br COOH O COOEt OH EtOOC _COOH O O COOEt O O COOEt O O COOH

+

+

InteresujBcy przykFad tworzenia -metylenolaktonu (205) przedstawia w swojej pracy Zhao i wsp.127 (Schemat 23). Poddali oni biotransformacji szczepem Rhodococcus sp. AJ270 2-[1-(hydroksymetylo)-2-metylopropylo]akrylonitryl (206). Wydaje siH, iI przej?ciowym etapem tej reakcji moIe by@ powstajBcy w wyniku caFkowitej hydrolizy nitrylu metyleno -hydroksykwas128. OH CN HO CONH2 O O Rhodococcus sp. AJ270

₊

W ostatnich latach pojawiFy siH doniesienia o do?@ nowatorskiej syntezie -metylenohydroksyestrów, jako substratów reakcji laktonizacji. MogB one powstawa@ w do?@ skomplikowanych reakcjach wewnBtrzczBsteczkowej cyklizacji kompleksów -allilowych metali przy udziale czterofluofoboranu nitrozoniowego (NOBF4) jako katalizatora. Shieh i

in.129 (Schemat 24) uzyskali w reakcji takiego kompleksu allilowego metyleno -hydroksyester (207), który w reakcji laktonizacji daF cis -metylenolakton (208).

O O Br CoMo(CO)3Na _O O COOMe H O Mo OH COOMe O O COMo p-TSA NOBF₄ NaI 207 208 Schemat 24

DuIe moIliwo?ci tej metodologii, ukazane sB w pracy tego samego zespoFu130, który dokonaF syntezy totalnej -metylenolaktonu seskwiterpenowego (209), bHdBcego pochodnB aromatycyny i cenfertyny (Schemat 25). WewnBtrzczBsteczkowa cyklizacja atomu wHgla grupy aldehydowej i atomu wHgla w stosunku do grupy estrowej prowadziFa bezpo?rednio do powstania w tym wypadku trans hydroksyestru (210), z którego w bezpo?redniej laktonizacji otrzymuje siH poIBdany -metylenolakton (211).

O CH(OEt)₂ CO₂Et Cl CH(OEt)₂ W(CO)₃ CH(OEt)₂ O _CO 2Et CHO OH COOEt O _O O O CpW(CO)₂ NaCpW(CO)_{3 Cp} CF_EtOH3SO3H H₂C₂O₄ CpW(CO)₂ NOBF₄ LiCl 209 210 Schemat 25

Metylenolaktony otrzyma@ moIna takIe otrzyma@, tak jak zostaFo opisane w p. 4.2 jako produkty reakcji Horner–Wadsworth–Emmonsa odpowiednich -fosfonolaktonów, powstaFych w wyniku laktonizacji -fosfono- -hydroksykwasów. Krawczyk i YliwiNski131 otrzymali -metyleno- -lakton (211) jako produkt reakcji -fosfonolaktonu (212) z formaldehydem w obecno?ci K2CO3 (Schemat 26). Substratem byF tu fosfonolakton,

otrzymany z fosfonohydroksykwasu (213) w wyniku laktonizacji katalizowanej kwasem para-toluenosulfonowym. COOH P O EtO H O EtO P COOH O EtO H OH EtO P O EtO EtO O O O O EtOH/KOH KBH₄ p-TSA HCHO, _K 2CO3 211 212 213 Schemat 26

-Hydroksyester, jako reagent w reakcji tworzenia metylenolaktonów zostaF wykorzystany takIe przez Sumatra i wsp.132,133. Przeprowadzili oni syntezH -metylenolaktocyny (183), zwiBzku o aktywno?ci bakteriobójczej, hamujBcej takIe wzrost komórek nowotworowych, izolowanej z gatunków pHdzlaka (Penicilium sp.) (Schemat 27). Pierwszym etapem byFa reakcja Dielsa-Aldera metylenobursztynianu dimetylu i cyklopentadienu. PowstaFy produkt poddany zostaF kondensacji z aldehydem kapronowym, w wyniku czego powstal -hydroksyester, cyklizujBcy w warunkach reakcji do spirolaktonu (214). Termiczny rozkFad tego ostatniego w reakcji retro Dielsa-Aldera i hydroliza ugrupowania estrowego w FaNcuchu bocznym prowadzi do powstania metylenolaktocyny.

C OO Me M eO OC M eO OC CO O M e O O MeOOC C₅H₁₁ O H₁₁C₅ O H OO C C₅H₁₁ M eO OC C O O M e O H

+

₊