From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 81125 10.52957/2782-1900-2024-4-4-68-81 Научные статьи Scientific articles Научные статьи Opening of forbinexocycle by weak O-nucleophiles. Study and optimisation of free chlorine e6 synthesis methods Раскрытие экзоцикла форбинов слабыми О-нуклеофилами. Изучение и оптимизация путей синтеза свободного хлорина е6 Каримов Дмитрий Рустамович Karimov Dmitry Rustamovich

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Ивановский государственный химико-технологический университет Ivanovo State University of Chemistry and Technology 23 12 2023 23 12 2023 4 4 68 81 27 10 2023 15 11 2023 https://chemintech.ru/en/nauka/article/81125/view

В работе рассмотрены вопросы, касающиеся реакции размыкания (раскрытия) экзоцикла в молекулах форбинов (на примере метилфеофорбида а) при действии O-нуклеофилов – воды и спиртов. Показано, что даже такие относительно слабые нуклеофилы, как вода и спирты, способны в определённых условиях приводить к размыканию экзоцикла в молекуле метилфеофорбида а с образованием производных хлорина е6. Изучение данной реакции, помимо прочего, открывает новые синтетические пути к получению эфиров хлорина е6 различной степени замещения, а в конечном итоге – и свободного хлорина е6 в виде трикислоты, являющегося ценным фотосенсибилизатором для фотодинамической терапии (ФДТ) и исходным соединением для получения других фотосенсибилизаторов. Рассмотрены также возможные синтетические подходы к получению свободного хлорина е6.

The article considers issues concerning the reaction of exocycle opening in phorbin molecules (on the example of methylpheophorbide a) under the O nucleophiles - water and alcohols action. According to the author, under certain conditions relatively weak nucleophiles as water and alcohols can cause the opening of the exocycle in the molecule of methylpheophorbide a with the formation of chlorine derivatives e6. The study of this reaction, in addition, reveals new synthetic methods to obtain chlorine e6 esters of different degrees of substitution, and eventually - free chlorine e6 in the form of triacids. Free chlorine is a valuable photosensitiser for photodynamic therapy (PDT), and a starting compound for the preparation of other photosensitizers. The article also discusses possible synthetic approaches to obtain free chlorine e6.

 форбины О-нуклеофилы; размыкание экзоцикла производные хлорина е6 фотосенсибилизаторы phorbines O-nucleophiles; exocycle uncoupling chlorine e6 derivatives photosensitisers

Миронов А.Ф. Современное состояние химии фотосенсибилизаторов на основе природных порфиринов, хлоринов и бактериохлоринов // Успехи химии порфиринов. 2004. Т. 4. С. 271-289. Mironov, A.F. (2004) Current state of chemistry of photosensitisers based on natural porphyrins, chlorines and bacteriochlorines, Uspexi khimii porfirinov, 4, pp. 271-289 (in Russian). Agostinis P., Berg K., Cengel K.A. et al. Photodynamic therapy of cancer: an update // CA Cancer J. Clin. 2011. Vol. 61, no. 4. P. 250-281. DOI: 10.3322/caac.20114. Agostinis, P., Berg, K., Cengel, K.A. et al. (2011) Photodynamic therapy of cancer: an update, CA Cancer J. Clin., 61(4), pp. 250-281. DOI: 10.3322/caac.20114. Cabuy E. Photodynamic therapy in cancer treatment. RCT summary for professionals // Reliable cancer therapies. Energy-based therapies. 2012. Vol. 3, no. 2. P. 1-54. Cabuy, E. (2012) Photodynamic therapy in cancer treatment. RCT summary for professionals, Reliable cancer therapies. Energy-based therapies, 3(2), pp. 1-54. Цыб А.Ф., Каплан М.А., Романко Ю.С., Попучиев В.В. Клинические аспекты фотодинамической терапии. Калуга: Изд-во науч. лит-ры, 2009. 204 с. Tsyb, A.F., Kaplan, M.A., Romanko, Y.S. & Popuchiev, V.V. (2009) Clinical aspects of photodynamic therapy. Kaluga: Izd-vo nauch. lit-ry (in Russian). Van Straten D., Mashayekhi V., De Bruijn H.S., Oliveira S., Robinson D.J. Oncologic photodynamic therapy: basic principles, current clinical status and future directions // Cancers. 2017. Vol. 9, no. 19. P. 1-54. DOI: 10.3390/cancers9020019. Van Straten, D., Mashayekhi, V., De Bruijn, H.S., Oliveira, S. & Robinson, D.J. (2017) Oncologic photodynamic therapy: basic principles, current clinical status and future directions, Cancers, 9(19), pp. 1-54. DOI: 10.3390/cancers9020019. Bonnett R. Chemical aspects of photodynamic therapy. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers, 2000. 324 p. Bonnett, R. (2000) Chemical aspects of photodynamic therapy. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers. Кустов А.В., Березин Д.Б., Стрельников А.И., Лапочкина Н.П. Противоопухолевая и антимикробная фотодинамическая терапия: механизмы, мишени, клинико-лабораторные исследования: руководство / под науч. ред. проф. А.К. Гагуа. М.: Ларго, 2020. 108 с. Kustov, A.V., Berezin, D.B., Strelnikov, A.I. & Lapochkina, N.P. (2020) Antitumour and antimicrobial photodynamic therapy: mechanisms, targets, clinical and laboratory studies. Moscow: Largo (in Russian). Koifman O.I. et.al. Synthetic strategy of tetrapyrrolic photosensitizers for their practical application in photodynamic therapy // Macroheterocycles. 2022. Vol. 15, no. 4. P. 207-304. DOI: 10.6060/mhs224870k. Koifman, O.I. et.al. (2022) Synthetic strategy of tetrapyrrolic photosensitizers for their practical application in photodynamic therapy, Macroheterocycles, 15(4), pp. 207-304. DOI: 10.6060/mhs224870k. Березин Д.Б., Каримов Д.Р., Кустов А.В. Корролы и их производные: синтез, свойства, перспективы практического применения / под ред. О.И. Койфмана. М.: ЛЕНАНД, 2018. 304 с. Berezin, D.B., Karimov, D.R. & Kustov, A.V. (2018) Corroles and their derivatives: synthesis, properties, prospects of practical application. M.: LENAND (in Russian). Каримов Д.Р., Березин Д.Б., Томилова И.К. Корролы как ароматические аналоги корриноидов и витамина B12: синтез, структурные особенности и свойства макрогетероциклов, перспективы химии материалов на их основе // От химии к технологии шаг за шагом. 2020. Т. 1, вып. 1. С. 9-55. DOI: 10.52957/27821900_2020_01_9. URL: http://chemintech.ru/index.php/tor/2020tom1n1 Karimov, D.R., Berezin, D.B., Tomilova, I.K. (2020) Corroles as aromatic analogs of corrinoids and vitamin B12: synthesis, structural fea-tures and macrocycle properties, perspectives of material chemistry on corrole basis, From Chemistry Towards Technology Step-by-Step, 1(1), pp. 9-55. DOI: 10.52957/27821900_202020_01_9 [online]. Available at: http://chemintech.ru/index.php/tor/2020tom1n1 (accessed 10.09.2023). Pandey S.K., Sajjad M., Chen Y., Zheng X., Yao R., Missert J.R., Batt C., Nabi H.A., Oseroff A.R., Pandey R.K. Comparative Positron-Emission Tomography (PET) Imaging and Phototherapeutic Potential of 124I- Labeled Methyl- 3-(1′-iodobenzyloxyethyl)pyropheophorbide-a vs the Corresponding Glucose and Galactose Conjugates // J. Med. Chem. 2009. Vol. 52. P. 445–455. DOI: 10.1021/jm8012213. Pandey, S.K., Sajjad, M., Chen, Y., Zheng, X., Yao, R., Missert, J.R., Batt, C., Nabi, H.A., Oseroff, A.R. & Pandey, R.K. (2009) Comparative Positron-Emission Tomography (PET) Imaging and Phototherapeutic Potential of 124I- Labeled Methyl-3-(1′-iodobenzyloxyethyl)pyropheophorbide-a vs the Corresponding Glucose and Galactose Conjugates, J. Med. Chem., 52, pp. 445–455. DOI: 10.1021/jm8012213. Zhang M., Zhang Z., Blessington D., Li H., Busch T.M., Madrak V., Miles J., Chance B., Glickson J.D., Zheng G. Pyropheophorbide 2-Deoxyglucosamide: A New Photosensitizer Targeting Glucose Transporters // Bioconjugate Chem. 2003. Vol. 14. P. 709–714. DOI: 10.1021/bc034038n. Zhang, M., Zhang, Z., Blessington, D., Li, H., Busch, T.M., Madrak, V., Miles, J., Chance, B., Glickson, J.D., Zheng, G. (2003) Pyropheophorbide 2-Deoxyglucosamide: A New Photosensitizer Targeting Glucose Transporters, Bioconjugate Chem., 14, pp. 709–714. DOI: 10.1021/bc034038n. Varchi G., Rapozzi V., Ragno D., Castoria G., Di Donato M., Pietra E.D., Benfenati V., Ferroni C., Guerrini A., Cesselli D., Saracino E. Androgen receptor targeted conjugate for bimodal photodynamic therapy of prostate cancer in vitro // Bioconjugate Chem. 2015. Vol. 26, no. 8. P. 1662–1671. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00261. Varchi, G., Rapozzi, V., Ragno, D., Castoria, G., Di Donato, M., Pietra, E.D., Benfenati, V., Ferroni, C., Guerrini, A., Cesselli, D. & Saracino, E. (2015) Androgen receptor targeted conjugate for bimodal photodynamic therapy of prostate cancer in vitro, Bioconjugate Chem., 26(8), pp. 1662–1671. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00261. Tegos G.P., Anbe M., Yang Ch., Demidova T.N., Satti M., Mroz P., Janjua S., Gad F., Hamblin M.R. Protease-Stable Polycationic Photosensitizer Conjugates between Polyethyleneimine and Chlorin(e6) for Broad-Spectrum Antimicrobial Photoinactivation // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2006. Vol. 50, no. 4. P. 1402-1410. DOI: 10.1128/aac.50.4.1402-1410.2006. Tegos, G.P., Anbe, M., Yang, Ch., Demidova, T.N., Satti, M., Mroz, P., Janjua, S., Gad, F. & Hamblin, M.R. (2006) Protease-Stable Polycationic Photosensitizer Conjugates between Polyethyleneimine and Chlorin(e6) for Broad-Spectrum Antimicrobial Photoinactivation, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 50(4), pp. 1402-1410. DOI: 10.1128/aac.50.4.1402-1410.2006. Hamblin M.R. Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes // Current opinion in Microbiology. 2016. Vol. 33. P. 67-73. DOI: 10.1016/j.mib.2016.06.008. Hamblin, M.R. (2016) Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes, Current opinion in Microbiology, 33, pp. 67-73. DOI: 10.1016/j.mib.2016.06.008. Kustov A.V., Morshnev Ph. K., Kukushkina N.V., Smirnova N.L., Berezin D.B., Karimov D.R., Shukhto O.V., Kustova T.V., Belykh D.V., Mal’shakova M.V., Zorin V.P., Zorina T.E. Solvation, Cancer Cell Photoinactivation and the Interaction of Chlorin Photosensitizers with a Potential Passive Carrier Non-Ionic Surfactant Tween 80 // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23. P. 5294-5305. URL: https://doi.org/10.3390/ijms23105294 Kustov, A.V., Morshnev, Ph. K., Kukushkina, N.V., Smirnova, N.L., Berezin, D.B., Karimov, D.R., Shukhto, O.V., Kustova, T.V., Belykh, D.V., Mal’shakova, M.V., Zorin, V.P. & Zorina, T.E. (2022) Solvation, Cancer Cell Photoinactivation and the Interaction of Chlorin Photosensitizers with a Potential Passive Carrier Non-Ionic Surfactant Tween 80, Int. J. Mol. Sci., 23, pp. 5294-5305 [online]. Available at: https://doi.org/10.3390/ijms23105294 (accessed 09.10.2023). Hynninen P.H. Chlorophylls. IV. Preparation and purification of some derivatives of chlorophylls a and b // Acta Chem. Scand. 1973. Vol. 27. P. 1771 – 1780. Hynninen, P.H. (1973) Chlorophylls. IV. Preparation and purification of some derivatives of chlorophylls a and b, Acta Chem. Scand., 27, pp. 1771–1780. Белых Д.В. Формирование связей C-O, C-S, C-N и C-C на периферии макроцикла фитохлоринов при их химической модификации: основные методы и синтетические применения // Российский химический журнал. 2017. Т. LXI, № 3. С. 69-109. Belykh, D.V. (2017) Formation of C-O, C-S, C-N and C-C bonds at the periphery of phytochlorines macrocycle during their chemical modification: basic methods and synthetic applications, Russian Chemical Journal, LXI(3), pp. 69-109 (in Russian). Белых Д.В., Копылов Е.А., Груздев И.В., Кучин А.В. Раскрытие экзоцикла метилфеофорбида а при действии аминов как одностадийный метод внедрения дополнительных фрагментов на периферию хлоринового макроцикла // Журн. орг. химии. 2010. Т. 46, № 4. С. 584-592. Belykh, D.V., Kopylov, E.A., Gruzdev, I.V. & Kuchin, A.V. (2010) Opening of the exocycle of methylpheophorbide under the action of amines as a one-step method of introduction of additional fragments on the periphery of the chlorine macrocycle, Zhurn. org. khimii, 46(4), pp. 584-592 (in Russian). Nikolaeva I.A., Misharin A.Yu., Ponomarev G.V., Timofeev V.P., Tkachev Ya. V. Chlorin e6-cholesterol conjugate and its copper complex. Simple synthesis and entrapping in phospholipid vesicles // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010. Vol. 20. P. 2872-2875. DOI: 10.1016/j.bmcl.2010.03.041. Nikolaeva, I.A., Misharin, A.Yu., Ponomarev, G.V., Timofeev, V.P. & Tkachev, Ya.V. (2010) Chlorin e6 cholesterol conjugate and its copper complex. Simple synthesis and entrapping in phospholipid vesicles, Bioorg. Med. Chem. Lett., 20, pp. 2872-2875. DOI: 10.1016/j.bmcl.2010.03.041. Gushchina O.I., Larkina E.A., Nikolskaya T.A., Mironov A.F. Synthesis of amide derivatives of chlorin e6 and investigation of their biological activity // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 2015. Vol. 153. P. 76–81. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2015.09.007. Gushchina, O.I., Larkina, E.A., Nikolskaya, T.A. & Mironov, A.F. (2015) Synthesis of amide derivatives of chlorin e6 and investigation of their biological activity, J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 153, pp. 76–81. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2015.09.007. Hargus J.A., Fronczek F.R., Vicente M.G.H., Smith K.M. Mono-(L)-aspartylchlorin-e6 // Photochemistry and Photobiology. 2007. Vol. 83. P. 1006-1015. DOI: 10.1111/j.1751-1097.2007.00092.x. Hargus, J.A., Fronczek, F.R., Vicente, M.G.H. & Smith, K.M. (2007) Mono-(L)-aspartylchlorin-e6, Photochemistry and Photobiology, 83, pp. 1006-1015. DOI: 10.1111/j.1751-1097.2007.00092.x. Jinadasa R.G.W., Hu X., Vicente M.G.H., Smith K.M. Syntheses and cellular investigations of 173-, 152-, and 131-amino acid derivatives of chlorin e6 // J. Med. Chem. 2011. Vol. 54. P. 7464-7476. DOI: 10.1021/jm2005139. Jinadasa, R.G.W., Hu, X., Vicente, M.G.H. & Smith, K.M. (2011) Syntheses and cellular investigations of 173-, 152-, and 131-amino acid derivatives of chlorin e6, J. Med. Chem., 54, pp. 7464-7476. DOI: 10.1021/jm2005139. Аскаров К.А., Березин Б.Д., Евстигнеева Р.П. и др. Порфирины: структура, свойства, синтез. М.: Наука, 1985. 333 с. Askarov, K.A., Berezin, B.D., Evstigneeva, R.P. et al. (1985) Porphyrins: structure, properties, synthesis. Moscow: Nauka (in Russian). Taima H., Okubo A., Yoshioka N., Inoue H. Synthesis of cationic water-soluble esters of chlorin e6 // Tetrahedron Lett. 2005. Vol. 46. P. 4161–4164. DOI: 10.1016/j.tetlet.2005.04.069. Taima, H., Okubo, A., Yoshioka, N. & Inoue, H. (2005) Synthesis of cationic water-soluble esters of chlorin e6, Tetrahedron Lett., 46, pp. 4161–4164. DOI: 10.1016/j.tetlet.2005.04.069. Патент 2490273 РФ. Способ получения метилфеофорбида (А) / Койфман О.И., Пономарёв Г.В. Опубл. 2013. Koifman, O.I. & Ponomarev, G.V. (2013) Method for obtaining methylpheophorbide (A). 2490273 RF. Макаров В.В. Синтез и физико-химические характеристики тетрапиррольных макроциклов с полярными группами для антимикробной фотодинамической терапии: дис. … канд. хим. наук. Иваново, 2023. 229 с. Makarov, V.V. (2023) Synthesis and physicochemical characteristics of tetrapyrrole macrocycles with polar groups for antimicrobial photodynamic therapy. PhD. Ivanovo (in Russian). Тулаева Л.А., Белых Д.В., Яковлева Н.М., Селькова И.А., Рочева А.В., Кучин А.В. Синтез и исследование производных хлорофилла, содержащих свободную карбоксильную группу // Химия и химическая технология. 2006. Т. 49, вып. 4. С. 82-87. Tulaeva, L.A., Belykh, D.V., Yakovleva, N.M., Sel'kova, I.A., Rocheva, A.V. & Kuchin, A.V. (2006) Synthesis and study of chlorophyll derivatives containing a free carboxyl group, Khimiya i khimicheskaya texnologiya, 49(4), pp. 82-87 (in Russian). Березин М.Б. Сольватация хлорофилла и родственных соединений: дис. … д-ра хим. наук. Иваново: ИХР РАН, 1993. 340 с. Berezin, M.B. (1993) Solvation of chlorophyll and related compounds. PhD. Ivanovo (in Russian).