Izaberi željeni jezik / Choose prefered language
Srpski / Engleski

 

Kiklopamin

Autor: Dušan Petrović

Kalifornijska čemerika, Veratrum californicum, pripada rodu Veratrum, familiji Melanthiaceae, redu Liliales (ljiljani - monokotiledone skrivenosemenice). Karakteristična je za severnu hemisferu, a najrasprostranjenija je u planinskim oblastima na zapadu SAD-a.]
Sredinom dvadesetog veka u Ajdahu, SAD, primećen je veliki broj jagnjadi rođene sa teškim kraniofacijalnim manama (Slika 1). Ovom poremećaju podleglo je oko 25% novorođene jagnjadi. Najuočljivija promena svakako je bila kiklopija - pojava jednog oka na sredini lobanje, koju su pratile i deformacije mozga i vilice.


Slika 1. Glava jedne od ovaca kiklopa iz Ajdaha, SAD.

Keeler je uočio vezu između ove biljke i kiklopije kod novorođene jagnjadi. U ogledu, u kojem su tokom trudnoće ovce bile hranjene čemerikom, primećene su značajne promene na plodu, počev od četrnaestog dana nakon začeća. Takođe je primećeno da je trudnoća bivala produžena i do 87 dana (kod zdravih ovaca inače traje 147 - 152 dana).1

IZOLOVANJE I STRUKTURNA ANALIZA
Tokom prvobitnih studija o kiklopaminu razvijene su tehnike ekstrakcije različitih alkaloida iz kalifornijske čemerike. Izolovana su tri jedinjenja koja izazivaju kiklopiju. Bili su to ranije poznat alkaloid jervin, kiklopozin i treći, mnogo aktivniji, steroidni alkaloid sličan jervinu, prikazan na slici 2, koji izaziva kiklopiju kod oko 30% rođene jagnjadi.2


Slika 2. Kiklopamin.1,5

U novijim radovima Cooper-a i saradnika postignuti su znatno bolji prinosi.5 Postupak izolovanja kiklopamina primenjen od strane ove grupe istraživača sastojao se u tretiranju biljnog materijala amonijakom, nakon čega je izvršena Soxhlet-ova ekstrakcija benzenom. Po uklanjanju rastvarača ekstrakt je prečišćen "dry-flash" hromatografijom, pri čemu su alkaloidi eluirani primenom sistema rastvarača CH2Cl2/i-PrOH (gradijentni uslovi). Frakcije polučistog kiklopamina su koncentrovane i prečišćene na drugoj koloni silika-gela sa koje su eluirane smešom EtOAc/i-PrOH/NH3 (85:14:1, v/v). Prečišćeni kiklopamin je istaložen hladnim acetonom i prekristalisan iz smeše EtOH/voda (10:1). Prinos je iznosio 1,3 g kiklopamina po kilogramu suvog rizoma.5
Pri utvrđivanju strukture prethodno pomenutog, izrazito aktivnog steroidnog alkaloida primećeno je da su spektri slični ranije poznatim steroidnim alkaloidima: jervinu i veratraminu. Potpuna strukturna karakterizacija novog jedinjenja (zapravo 11-deoksijervina) dobijena je degradacijom jervina Wolff-Kishner-ovom redukcijom (šema 1).3,6


Šema 1. Wolff-Kishner-ova redukcija jervina.9

BIOSINTEZA KIKLOPAMINA
Radovima japanskih istraživača šezdesetih i sedamdesetih godina minulog veka ustanovljeni su biosintetski putevi kiklopamina i ostalih alkaloida čemerike.9,10 Ispitivanjima pomoću 14C-obeleženog holesterola ustanovljeno je da je on prekursor u ovoj sintezi. Kroz veliki broj reakcija (od kojih su neke samo pretpostavljene) holesterol se u biljkama modifikuje do solanidina - preteče ove klase prirodnih proizvoda. U seriji redoks procesa najpre se sintetiše piperidin, a zatim se formira prsten E solanidina u reakciji vođenoj ATP-om. Stereonespecifična oksidaza nakon toga hidroksiluje položaj C12 i formira 12α-hidroksi proizvod: rubijervin, i 12β-hidroksi proizvod: epirubijervin. Nakon fosforilacije hidroksilne grupe epirubijervina u položaju C12 i Wagner-Meerwein-ovog premeštanja dobija se jedinjenje sa C-nor-D-homosteroidnom strukturom. Reduktivno otvaranje pirolidinskog prstena E daje husokinidin koji se konačno oksidativno ciklizuje i daje tetrahidrofuranski prsten kiklopamina (šema 2). Ispitivanja 14C-obeleženim kiklopaminom ustanovljeno je da jervin i veratramin nastaju biosintezom iz kiklopamina.1


Šema 2. Biosinteza kiklopamina iz holesterola u Veratrum grandiflorum.7

TOTALNA SINTEZA KIKLOPAMINA
Šezdesetih godina prošlog veka prvu totalnu sintezu jervina izvele su grupe istraživača Masamune-a i Johnson-a,11, 12 a sedamdesetih godina sinteza je unapređena radom istraživačke grupe Kutney-a.13 Sinteza ovog jedinjenja može se smatrati i prvom formalnom sintezom kiklopamina, s obzirom da se isti, kako je ranije već naglašeno, može dobiti Wolff-Kishner-ovom redukcijom jervina u jednom koraku (šema 1). Nedavno je objavljena nova totalna sinteza kiklopamina polazeći od komercijalno dostupnog dehidroepiandrosterona.14
Istraživačke grupe Masamune-a i Johnson-a izvele su sintezu jervina iz Hagemann-ovog estra kao prekursora C-nor-D-homosteroida i (S)-3-metilpiperidina. Nizom reakcija: Wilds-Stoutamire-ova reakcija, Robinson-ova anelacija, kao i nekoliko redoks reakcija, prvi put je sintetisano jedinjenje sa C-nor-D-homosteroidnom strukturom polazeći od Hagemann-ovog estra i to kao racemat. Po razdvajanju enentiomera, naredni i najvažniji korak ove sinteze bila je kondenzacija sa (3S)-3-metilpiperidinom, stoga je enamin 2 kuplovan sa bromidom 1. No, kako ova reakcija nije diastereoselektivna, željeni diastereomer je dobijen u prinosu od samo 5%. Tako dobijeni derivat veratramina 3 je transformisan u epoksid 4, koji je otvoren intramolekulskim nukleofilnim napadom sekundarne hidroksilne grupe na položaju C23. Daljom transformacijom nastalog proizvoda dobijen je jervin (šema 3). Totalni prinos ove sinteze bio je 0,001% što ne zadovoljava današnje sintetske kriterijume.11,12


Šema 3. Totalna sinteza jervina izvršena u istraživačkim grupama Masamune i Johnson.7

Grupa istraživača predvođena Giannis-om je 2009. godine objavila novu, biomimetičku i potpuno diastereoselektivnu sintezu kiklopamina koja ne koristi jervin kao intermedijer. Kao polazno jedinjenje korišćen je komercijalno dostupan dehidroepiandrosteron, koji je, u tri koraka, aktivacijom C-H veze i oksidacijom molekulskim kiseonikom, preveden u 12β-hidroksisteroid. Dobijeni proizvod je zatim u četiri koraka preveden u lakton 5. Wagner-Meerwein-ovim premeštanjem jedinjenja 5 dobijen je međuproizvod sa C-nor-D-homosteroidnom strukturom. Nakon uvođenja azido-grupe i formiranja piperidinskog prstena u sedam sintetskih koraka dobijen je derivat kiklopamina 6 sa egzocikličnom dvostrukom vezom. Izomerizacija dvostruke veze u položaju C12-C13 postignuta je enskom reakcijom sa N-sulfinilbenzensulfonamidom. Desulfurizacijom i deprotekcijom nastaje kiklopamin. Ukupni prinos sinteze kiklopamina, koja je izvedena u 20 koraka, bio je 1% (šema 4).1,7,8


Šema 4. Biomimetička sinteza kiklopamina (Bn = benzil, Bs = benzensulfonil).7


Reference:
[1] Heretsch, P.; Tzagkaroulaki, L.; Giannis, A. Angew. Chem. 2010, 49, 3418.
[2] Keeler, R. F. Phytochemistry 1968, 7, 303.
[3] Keeler, R. F. Phytochemistry 1969, 8, 223.
[4] Keeler, R. F.; Binns, W. Phytochemistry 1971, 10, 1765.
[5] Oatis Jr, J. E.; Brunsfeld, P.; Rushing, J. W.; Moeller, P. D.; Bearden, D. W.; Gallien, T. N.; Cooper IV, F. Chem. Cent. J. 2008, 2, 12.
[6] Gaffield, W.; Benson, M.; Lundin, R. E. J. Nat. Prod. 1986, 49, 286.
[7] Heretsch, P.; Buttner, A.; Tzagkaroulaki, L.; Zahn, S.; Kirchner, B.; Giannis, A. Chem. Commun. 2011, 47, 7362.
[8] Heretsch, P.; Rabe, S.; Giannis, A. Org. Lett. 2009, 11, 5410.
[9] Kaneko, K.; Mitsuhashi, H.; Hirayama, K.; Yoshida, N. Phytochemistry 1970, 9, 2489.
[10] Tschesche, R.; Hulpke, H. Z. Natur-forsch 1966, 21b, 494.
[11] Masamune, T.; Mori, Y.; Takasugi, M.; Murai, A.; Ohuchi, S.; Sato, N.; Katsui, N. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1965, 38, 1374.
[12] Johnson, W. S.; Cox, J. M.; Graham, D. W.; Whitlock, H. W. Jr. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 4524.
[13] Kutney, J. P.; By, A.; Cable, J.; Gladstone, W. A. F.; Inaba, T.; Leong, S. Y.; Roller, P.; Torupka, E. J.; Warnock, W. D. C. Can. J. Chem. 1975, 53, 1775.
[14] Giannis, A.; Heretsch, P.; Sarli, V.; Stobel, A. Angew. Chem. 2009, 121, 8052.

  
 

Najave i dogadjaji:

Najave i dogadjaji 24. jun 2013. / Dan karijere
Klub mladih hemičara Srbije i Evropska mreža mladih hemičara (EYCN) vas sa zadovoljstvom obaveštavaju da će u okviru ICOSECS 8 (International Conference of the Chemical Societies of the South-East European Countries) biti organizovan Career Day.
Ovaj jednodnevni događaj odrzaće se 29. juna 2013. na Tehnološko-metalurškom fakultetu Univerziteta u Beogradu, i u okviru njega biće organizovano nekoliko predavanja. Detaljan program pogledaj na linku.
CV Clinic će biti održan u okviru Career Day-a, 29. juna 2013. godine u Svečanoj sali TMF-a na III spratu u periodu od 14.45 - 16.00 časova. Registracija za CV Clinic je obavezna, a možete se registrovati putem sajta.
Poster Dana karijere možete naći na sledecem linku: srpski - english.
Vidimo se u Beogradu!

Vesti:

Vesti02. maj / CheckMark
Za sve one koji su propustili nedavnu prezentaciju CheckMark ADP programa, više informacija o istom mogu pronaći ovde. Ako želite i da se prijavite na ADP program, to možete učiniti slanjem e-maila gospođici Ivani Bagarić na ivana@checkmark.nl. U mejlu, koji treba poslati na engleskom jeziku, naglasite da ste članovi KMHS-a, i u prilogu pošaljite svoj CV, takođe na engleskom.
Srećno!
Vaš KMHS

Prijatelji Kluba

  • Srpsko hemijsko društvo Hemijski fakultet u Beogradu Tehnološko-Metalurški fakultet u Beogradu Hemijski pregled Grafocard Departman za Hemiju Prirodno-Matematičkog fakulteta u Novom Sadu TehnoloÅ¡ki fakultet u Novom Sadu DruÅ¡tvo za promociju i popularizaciju nauke Svet nauke PMF Kragujevac KOED PMF Niš