Результат интеллектуальной деятельности: СИНТЕЗ ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ ПРИРОДНЫХ ЛЮТЕИНА И АСТАКСАНТИНА

Изобретение относится к фармации, в частности, к химико-фармацевтической отрасли и касается способа получения новых полусинтетических производных лютеина и астаксантина и может использоваться для получения лекарственных препаратов на основе этих соединений.

В периодической научной литературе отсутствуют данные по получению полусинтетических производных лютеина и астаксантина.

При этом существуют публикации, посвященные получению полностью синтетических каротиноидов, повторяющих, по мнению авторов, их активный молекулярный центр [Recent progress in the synthesis of butenolide carotenoids and retinoids / Masayoshi Ito // Pure & Appl. Chem., 199. - Vol. 63. - N. 1. - P. 13-22, https://iupac.org/publications].

Вместе с тем к активно разрабатываемому фармацевтическому направлению можно отнести получение полусинтетических продуктов на основе других природных биологически активных веществ (БАВ), например, тритерпеноидов лупанового ряда [Производные бетуленола как перспективные анти-ВИЧ агенты / А.З. Абышев, Р.А. Абышев, В.X. Нгуен, В.А. Морозова // Медицинский академический журнал, 2013. - Т. 13, - №2. - С. 15-32], алкалоидов [Синтез аналогов алкалоидов, содержащих изоксазольные и изотиазольные фрагменты / Дикусар Е.А., Петкевич С.К., Клецков А.В., Кадуцкий А.П., Козлов Н.Г., Поткин В.И. // Фенольные соединения: свойства, активность, инновации: сб. науч. ст., Москва, 14-19 мая 2018 г. С. 47-49], терпенофенолов [Синтез новых гетероциклических соединений на основе терпенофенолов / Попова С.А., Чукичева И.Ю. // Фенольные соединения: свойства, активность, инновации: сб. науч. тр., Москва, 14-19 мая 2018 г. - С. 133-135; Новые перспективы полусинтетических терпенофенолов / Чукичева И.Ю., Буравлёв Е.В., Дворникова И.А., Федорова И.В., Щукина О.В., Кучин А.В. // Фенольные соединения: свойства, активность, инновации: сб. науч. ст., Москва, 14-19 мая 2018 г. С. 190-192], флавоноидов [Современные тенденции создания лекарственных средств на основе флавоноидов / Тюкавкина Н.А., Селиванова И.А., Терехов Р.П. // Фенольные соединения: свойства, активность, инновации: сб. науч. ст., Москва, 14-19 мая 2018 г. С. 526-532; Rutin derivatives obtained by transesterification reactions catalyzed by Novozym 435: Antioxidant properties and absence of toxicity in mammalian cells / Anete Souza Mecenas, Camila Rodrigues Malafaia, Leandro Stefano Sangenito, Daniel Luiz Reis Simas, Thelma de Barros Machado, Ana Claudia F. Amaral, Luis Souza dos Santos, Denise Maria Freire, Ivana Correa Ramos Leal // https://journals.plos.org - September 19, 2018] и др..

Идея получения сложных эфиров ксантофиллов, в частности лютеина и астаксантина, с активностью в отношении периферических сосудов возникла в результате анализа структуры вазодилататора цикланделата, обладающего прямым действием на гладкую мускулатуру сосудов (Рис. 1). В частности, при получении цикланделата в качестве спирта был использован 3,3,5-триметилциклогексанол-1 [United States Patent 2,707,193, 1955, https://www.drugbank, United States Patent: 3,663,597, 1972; https://www.drugbank.ca/drugs; United States Patent: 3,673,239, 1972, https://www.drugbank.ca/drugs], обладающий прямым действием на гладкую мускулатуру сосудов, т.е. папавериноподобным действием в отношении периферических сосудов.

Экспериментальный успех получения сложных эфиров лютеина и астаксантина был спрогнозирован и обоснован положительным результатом в рамках исследования, описанного в патенте [United States Patent: 7,566,795, 2009 http://patft.uspto.gov], авторы которого получили сложные эфиры ретинола, соединения родственного каротиноидам, с линолевой кислотой и ее производных, пальмитиновой, олеиновой, липолевой, пимелиновой (гептандиовой) и другими кислотами.

Впервые получение цикланделата описано в патенте [United States Patent 2,707,193, 1955 https://www.drugbank]. При этом 50 г миндальной кислоты (смесь d-, l-изомеров) нагревают в течение 6 часов при приблизительно 100°С с 50 г 3,3,5-триметилциклогексанол (смесь цис- и транс-изомера), пропуская через реакционную смесь газообразный хлороводород, затем продукт реакции выливают в воду. После нейтрализации бикарбонатом калия сложный эфир экстрагируют эфиром. Эфирную фракцию сушат сульфатом натрия, эфир отгоняют и остаток перегоняют в вакууме, 3,3,5-триметилциклогексиловый эфир миндальной кислоты получают с выходом около 70%. Необходимо отметить, что согласно описанию патента, авторами проводилось получение сложных эфиров миндальной кислоты со следующими спиртами: 3,3,5-триметилциклогексанолом-1, метанолом, этанолом, пропанолом-1, бутанолом-2, 2-метилбутанолом-1, бензиловым спиртом, папаверином и др. Сложный эфир миндальной кислоты с 3,3,5-триметилциклогексанолом-1 показал наиболее выраженную спазмолитическую активность.

В 1972 в США зарегистрирован патент, [United States Patent: 3,673,239, 1972 https://www.drugbank], в котором согласно описанию 142 г 3,3,5-триметилциклогексанола (1,0 моль), 76 грамм миндальной кислоты (0,5 моль), 126 г толуола (1,37 моль), 2,0 г порошка цинка и 2 г 35% водный раствор соляной кислоты загружали в реакционную смесь и реакцию этерификации проводили при 110-130°С в течение 1 часа. В течение периода реакции 18 г 35% водного раствора хлористоводородной кислоты добавляли по каплям до получения водорода в реакционной системе. Затем продукт выдерживали при 130°С в течение примерно 2 часов. После охлаждения, не прореагировавший цинковый порошок отфильтровывали, и фильтрат промывали 5% водным раствором карбоната натрия и воды. Толуол и не прореагировавший 3,3,5-триметилциклогексанол отгоняли при пониженном давлении. Выход продукта составил 84,5% в расчете на миндальную кислоту. В патенте описано 13 примеров получения цикланделата, отличающихся использованием разных металлов: цинка, олова, магния, никеля, свинца и их сочетаний; временем введения в реакционную систему кислоты и металла; органическим растворителем (бензол и толуол) и его количеством. Получение цикланделата по реакции этерификации проводилось при нагревании до температуры выше 100°С. Кроме того, в патенте [United States Patent: 3,663,597, 1972 https://www.drugbank] описан способ дополнительной очистки цикланделата, получаемого по патенту [United States Patent: 3,673,239, 1972 https://www.drugbank].

Классическая реакция этерификации протекает в водной фазе и наиболее полно и быстро в присутствии металлов и сильных кислот, например, концентрированной серной или хлористоводородной кислот. Другим обязательным и необходимым условием протекания реакции этерификации является нагревание более 50°С, а в некоторых случаях свыше 100°С. Очевидно, что получение сложных эфиров ксантофиллов требует адаптации этих традиционных условии протекания реакции этерификации, что, в первую очередь, обусловлено особенностями растворимости ксантофиллов: они не растворимы в воде и растворимы в неполярных органических растворителях. Другим немаловажным фактором является температурный - проведение реакции с ксантофиллами при температурах свыше 50°С приведет к разрушению полиеновой цепи. Реакция этерификации является каталитической, а использование в этом качестве металлов и кислот приведет к выделению водорода. Одновременное присутствие в реакционной системе ксантофиллов и водорода, вызовет частичное или полное гидрирование полиеновой цепи ксантофилла и, как следствие, потерю каротиноидной структуры.

В связи с выше сказанным, по нашему мнению, является перспективным использование в качестве катализаторов реакции этерификации ксантофиллов биокатализаторов, которые позволяют проводить реакции этерификации в среде органических растворителей [Enzymatic esterification of oleic acid and propanol by Novozym435 / Sawittree Mulaleea, Karnjana Senab, and Muenduen Phisalaphong // Applied Mechanics and Materials, 2015. - Vol. 705. - P. 29-33; Ферментативный катализ в неводных средах / Гамаюрова B.C., Зиновьева М.Е. // Бутлеровские сообщения, 2011. - Т. 25. - №7. - С. 87-95], в более мягких условия [Основные аспекты использования липаз для получения биодизеля (обзор) / А.В. Гарабаджиу, В.А. Галынкин, М.М. Карасев, Г.В. Козлов, Т.Б. Лисицкая // ИЗвестия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2010. - №7 (33). - С. 63-67] и с большим практическим выходом продукта реакции [Solvent free lipase catalyzed synthesis of butyl caprylate / Meera T Sose, Sneha R Bansode, Virendra K Rathod // J. Chem. Sci., 2017. - Vol. 129. - №11. - P. 1755-1760; High Enantioselective Novozym 435-Catalyzed Esterification of (R,S)-Flurbiprofen Monitored with a Chiral Stationary Phase / Tomasz Debby Mangelings, Yvan Vander Heyden, Marta Ziegler-Borowska, Piotr Marsza // Appl Biochem Biotechnol, 2015. - Vol. 175. - P. 2769-2785].

За прототип был принят способ получения сложных эфиров ретинола - родственного каротиноидам соединения [United States Patent: 7,566,795, 2009 http://patft.uspto.gov]. Согласно описанию сложные эфиры ретинола получали, используя в качестве растворителей диизопропиловый эфир, трет-бутилметиловый эфир, тетрагидрофуран и их смеси; бензол, толуол, ксилол, гексан, гептан,

циклогексан, лимонен, дихлорметан, дихлорэтан, дибромэтан, тетрахлорэтилен, хлорбензол и их смеси; ацетонитрил, диметилформамид, диметилсульфоксид и их смесей. Температура реакционной среды составляет от 20 до 100°С. Время протекания реакции от 1-2 часов до 19-23 часов. В качестве ферментагых катализаторов авторы использовали липазу, фосфолипазу или эстеразу, при этом предпочтительнее использовать липазы, в частности, коммерческие липазы иммобилизированные на носителях, а именно Lipase PS, Lipase PS-C, Lipase PS-D, Lipoprime 50T, Lipozyme TL IM или Novozyme 435. Анализ полученных сложных эфиров проводили методом ВЭЖХ.

Заявляемое изобретение ставит своей целью синтез полусинтетических производных индивидуальных природных каротиноидов, в частности, сложных эфиров:

лютеина и бензойной кислоты,

лютеина и n-метилбензойной кислоты (n-толуиловой кислоты),

лютеина и никотиновой кислоты,

лютеина и миндальной кислоты,

астаксантина и бензойной кислоты,

астаксантина и n-метилбензойной кислоты (n-толуиловой кислоты),

астаксантина и никотиновой кислоты,

астаксантина и миндальной кислоты (таблица 1).

Существенными отличительными признаками изобретения являются следующие особенности:

сложные эфиры получены на основе природных ксантофиллов лютеина и астаксантина, которые использованы как спиртосоставляющая сложных эфиров;

сложные эфиры получены с применением бензойной, n-метилбензойной (n-толуиловой), никотиновой кислот;

реакция этерификации проводится без доступа света, с целью предотвращения деструкции ксантофиллов;

время реакции - 6 часов;

скорость перемешивания - 30 об/мин, смена направления перемешивания через 10 мин;

температуры процесса не должна превышать 37°С;

высушивание полученных соединений при комнатной температуре над безводным сульфатом натрия, предохраняя от действия света;

установление структуры полученных эфиров проведено - методом масс-спектрометрии (carL001: 777 (М, 100%), 655 (35), 519 (17), 105 (61); carL002: 779 (М, 100%), 656 (33), 520 (15), 107 (62); carL003: 805 (М, 100%), 669 (36), 533 (17), 119 (60); carL004: 837 (М, 100%), 703 (49), 685 (35), 549 (20), 135 (52), 107 (47); carA001: 805 (М, 100%), 683 (40), 533 (16), 105 (63); carA002: 807 (М, 100%), 684 (39), 534 (17), 106 (62); carA003: 833 (М, 100%), 697 (40), 547 (18), 119 (61); carA004: 865 (М, 100%), 847 (43), 731 (48), 713 (36), 563 (20), 135 (51), 107 (49)).

Предлагаемый способ включает следующие стадии:

1) эквимолярные навески ксантофилла (или лютеина, или астаксантина) и кислоты (или бензойной, или n-метилбензойной, или никотиновой, или миндальной) растворяют в 50 мл толуола;

2) полученные растворы помещают в химический реактор, предварительно защищенный от воздействия света (оборачивание черной бумагой или другое);

3) в реакционную среду вносят катализатор Новозим 435 (Novozyme 435) (кат. № L4777 Sigma-Aldrich);

4) реакционную среду нагревают до 37°С;

5) время протекания реакции 6 часов, скорость перемешивания 30 об/мин, смена направления перемешивания через 10 мин;

6) по истечении 6 часов пробу раствора анализируют методом ВЭЖХ, определяя количественное содержание продуктов реакции и остаточное содержание исходных компонентов;

7) раствор, содержащий продукты реакции и остаточные количества реагентов, пропускают через колонку заполненную алюминия оксидом 2,5 г, собирая вторую окрашенную фракцию;

8) раствор промывают спиртом этиловым 95% и водой;

9) упаривают в роторном испарителе;

10) высушивают при комнатной температуре над безводным сульфатом натрия, предохраняя от действия света

11) полученные вещества запаивают в ампулы темного стекла.

Пример получения сложных эфиров лютеина и астаксантина с бензойной кислотой: 0,57 г лютеина или 0,60 г астаксантина (около 0,001 моль), 2,4 г (около 0,002 моль) бензойной кислоты (кат. №242381 Sigma-Aldrich), 50 мл толуола, 1,0 г Novozyme 435 (кат. № L4777 Sigma-Aldrich) помещали в реактор, предварительно обернув его черной бумагой, для предотвращения попадания света, и продували азотом. Температура реакционной среды - 37°С, время протекания реакции - 6 часов, скорость перемешивания - 30 об/мин, смена направления перемешивания через 10 мин.

Полученный раствор анализировали методом ВЭЖХ в следующих условиях: колонка Develosil С30 150 мм×4,6 мм, подвижная фаза: ацетонитрил - хлороформ - метанол (80:18:2), детектирование 445 нм. Время удерживания лютеина - 4,2 мин, carL001 - 6,7 мин, астаксантина - 3,4 мин, carA001 - 5,9 мин. Установлено, что образуется эфир лютеина в количестве 61,3%, астаксантина 58,5%, дальнейшее проведение реакции в течение суток не приводило к значимому увеличению продукта.

Полученный раствор пропускали через колонку заполненную алюминия оксидом 2,5 г диаметр 1 см, собирая вторую окрашенную фракцию.

Затем раствор промывали спиртом этиловым 95% и водой, далее упаривали в роторном испарителе и высушивали над безводным сульфатом натрия при комнатной температуре, предохраняя от действия света, полученные вещества хранят в ампулах темного стекла.

Предлагаемый способ синтеза полусинтетических производных природных лютеина и астаксантина не требует сложного и дорогостоящего технического оснащения, позволяет получать сложные эфиры лютеина и астаксантина, которые могут в дальнейшем быть использованы для разработки новых оригинальных лекарственных средств.