Оптически активные сульфоксиды на основе 2(5H)-фуранона и монотерпеновых спиртов: синтез, строение и антибактериальная активность

Синтезирована серия оптически активных 5(S)-(l-борнилокси)- и 5(S)-(l-ментилокси)-2(5Н)-фуранонов с арилтиогруппой у атома углерода С(4) γ-лактонного кольца и изучены реакции их окисления различными реагентами. При действии м‑хлорнадбензойной кислоты (m-СРВА) или пероксида водорода в уксусной кислоте на арилтиоэфиры получены новые сульфоксиды 2(5Н)-фуранона в виде смесей двух диастереомеров. Методами дробной перекристаллизации и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) выделены образцы индивидуальных стереоизомеров сульфоксидов, которые охарактеризованы методами ИК- и ЯМР-спектроскопии. Молекулярная структура восьми стереоизомерно чистых соединений подтверждена с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА). Оценена антибактериальная активность новых сульфоксидов ряда 2(5Н)-фуранона в отношении клеток Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Выявлен ряд соединений, которые обладают способностью подавлять рост и образование биопленки S. aureus.

1. Gangemi C.M.A., D’Agostino E., Aversa M.C., Barattucci A., Bonaccorsi P.M. Sulfoxides and disulfides from sulfenic acids: Synthesis and applications // Tetrahedron. 2023. V. 143. Art. 133550. https://doi.org/10.1016/j.tet.2023.133550.

2. Wojaczynska E., Wojaczynski J. Sulfoxides in medicine // Curr. Opin. Chem. Biol. 2023. V. 76. Art. 102340. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2023.102340.

3. Spyropoulou C.K., Skolia E., Flesariu D.F., Zissimou G.A., Gkizis P.L., Triandafillidi I., Athanasiou M., Itskos G., Koutentis P.A., Kokotos C.G. 3H-Phenothiazin-3-one: A photocatalyst for the aerobic photochemical oxidation of sulfides to sulfoxides // Adv. Synth. Catal. 2023. V. 365, No 15. P. 2643–2650. https://doi.org/10.1002/adsc.202300516.

4. Salom‑Roig X., Bauder C. Recent applications in the use of sulfoxides as chiral auxiliaries for the asymmetric synthesis of natural and biologically active products // Synthesis. 2020. V. 52, No 7. P. 964–978. https://doi.org/10.1055/s-0039-1690803.

5. Jia T., Wang M., Liao J. Chiral sulfoxide ligands in asymmetric catalysis // Top. Curr. Chem. 2019. V. 377, No 2. Art. 8. https://doi.org/10.1007/s41061-019-0232-9.

6. Pellissier H. Asymmetric domino reactions. Part A: Reactions based on the use of chiral auxiliaries // Tetrahedron. 2006. V. 62, No 8. P. 1619–1665. https://doi.org/10.1016/j.tet.2005.10.040.

7. Fernandez I., Khiar N. Recent developments in the synthesis and utilization of chiral sulfoxides // Chem. Rev. 2003. V. 103, No 9. P. 3651–3705. https://doi.org/10.1021/cr990372u.

8. León‑Rojas A.F., Urbina‑González J.M. Las furan-2[5H]-onas (Δα,β-butenolidas), su preparación e importancia biológica // Av. Quim. 2015. V. 10, No 1. P. 67–78.

9. Rossi R., Lessi M., Manzini C., Marianetti G., Bellina F. Synthesis and biological properties of 2(5H)-furanones featuring bromine atoms on the heterocyclic ring and / or brominated substituents // Curr. Org. Chem. 2017. V. 21, No 11. P. 964–1018. https://doi.org/10.2174/1385272821666170111151917.

10. Husain A., Khan S.A., Iram F., Iqbal A., Asif M. Insights into the chemistry and therapeutic potential of furanones: A versatile pharmacophore // Eur. J. Med. Chem. 2019. V. 171. P. 66–92. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.03.021.

11. Villamizar‑Mogotocoro A.‑F., León‑Rojas A.‑F., Urbina‑González J.‑M. Δα,β-Butenolides [furan-2(5H)-ones]: Ring construction approaches and biological aspects – a mini-review // Mini-Rev. Org. Chem. 2020. V. 17, No 8. P. 922–945. https://doi.org/10.2174/1570193X17666200220130735.

12. Kayumov A.R., Sharafutdinov I.S., Trizna E.Yu., Bogachev M.I. Chapter 6 – Antistaphylococcal activity of 2(5H)-furanone derivatives // Yadav M.K., Singh B.P. (Eds) New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering: Microbial Biofilms. Elsevier, 2020. P. 77–89. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64279-0.00006-2.

13. Kurbangalieva A.R., Devyatova N.F., Bogdanov A.V., Berdnikov E.A., Mannafov T.G., Krivolapov D.B., Litvinov I.A., Chmutova G.A. Synthesis of novel arylthio derivatives of mucochloric acid // Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2007. V. 182, No 3. P. 607–630. https://doi.org/10.1080/10426500601015989.

14. Kurbangalieva A.R., Lodochnikova O.A., Devyatova N.F., Berdnikov E.A., Gnezdilov O.I., Litvinov I.A., Chmutova G.A. Structural diversity of interaction products of mucochloric acid and its derivatives with 1,2-ethanedithiol // Tetrahedron. 2010. V. 66, No 52. P. 9945–9953. https://doi.org/10.1016/j.tet.2010.10.047.

15. Хабибрахманова А.М., Раббаниева Э.С., Герасимова Д.П., Исламов Д.Р., Латыпова Л.З., Лодочникова О.А., Курбангалиева А.Р. Оптически активные бистиоэфиры и дисульфоны на основе 2(5H)-фуранона и дитиолов: синтез и строение // Журн. орган. химии. 2022. T. 58, Вып. 8. С. 886–896. https://doi.org/10.31857/S0514749222080122.

16. Khabibrakhmanova A.M., Faizova R.G., Lodochnikova O.A., Zamalieva R.R., Latypova L.Z., Trizna E.Y., Porfiryev A.G., Tanaka K., Sachenkov O.A., Kayumov A.R., Kurbangalieva A.R. The novel chiral 2(5H)-furanone sulfones possessing terpene moiety: Synthesis and biological activity // Molecules. 2023. V. 28, No 6. Art. 2543. https://doi.org/10.3390/molecules28062543.

17. Латыпова Л.З., Сайгитбаталова Е.Ш., Чулакова Д.Р., Лодочникова О.А., Курбангалиева А.Р., Бердников Е.А., Чмутова Г.А. Тиоэфиры, сульфоны и сульфоксиды 2(5Н)-фуранонового ряда: синтез и строение // Журн. орган. химии. 2014. Т. 50, Вып. 4. C. 532–545.

18. Хабибрахманова А.М., Раббаниева Э.С., Герасимова Д.П., Лодочникова О.А., Латыпова Л.З., Курбангалиева А.Р. Окисление хиральных бис-тиоэфиров ряда 2(5Н)-фуранона до дисульфоксидов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2023. Т. 165, Кн. 1. С. 133–148. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2023.1.133-148.

19. Sharafutdinov I.S., Trizna E.Y., Baydamshina D.R., Ryzhikova M.N., Sibgatullina R.R., Khabibrakhmanova A.M., Latypova L.Z., Kurbangalieva A.R., Rozhina E.V., Klinger‑Stobel M., Fakhrullin R.F., Pletz M.W., Bogachev M.I., Kayumov A.R., Makarewicz O. Antimicrobial effects of sulfonyl derivative of 2(5H)-furanone against planktonic and biofilm associated methicillin-resistant and -susceptible Staphylococcus aureus // Front. Microbiol. 2017. V. 8. Art. 2246. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02246.

20. Sharafutdinov I.S., Pavlova A.S., Akhatova F.S., Khabibrakhmanova A.M., Rozhina E.V., Romanova Y.J., Fakhrullin R.F., Lodochnikova O.A., Kurbangalieva A.R., Bogachev M.I., Kayumov A.R. Unraveling the molecular mechanism of selective antimicrobial activity of 2(5H)-furanone derivative against Staphylococcus aureus // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20, No 3. Art. 694. https://doi.org/10.3390/ijms20030694.

21. Sulaiman R., Trizna E., Kolesnikova A., Khabibrakhmanova A., Kurbangalieva A., Bogachev M., Kayumov A. Antimicrobial and biofilm-preventing activity of l-borneol possessing 2(5H)-furanone derivative F131 against S. aureus–C. albicans mixed cultures // Pathogens. 2023. V. 12, No 1. Art. 26. https://doi.org/10.3390/pathogens12010026.

22. Hussain H., Green I.R., Ahmed I. Journey describing applications of oxone in synthetic chemistry // Chem. Rev. 2013. V. 113, No 5. P. 3329–3371. https://doi.org/10.1021/cr3004373.

23. Ruano J.L.G., Bercial F., Fraile A., Castro A.M.M., Martın M.R. Stereoselectivity control in Diels–Alder reactions of 4-thiosubstituted 5-alkoxyfuranones: Synthesis and reactivity of enantiopure 4-sulfinyl and sulfonyl 5-(l-menthyloxy)furan-2(5H)-ones // Tetrahedron: Asymmetry. 2000. V. 11, No 23. P. 4737–4752. https://doi.org/10.1016/S0957-4166(00)00471-7.

24. Mata E.G. Recent advances in the synthesis of sulfoxides from sulfides // Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 1996. V. 117, No 1. P. 231–286. https://doi.org/10.1080/10426509608038790.

25. Гордон А., Форд Р. Спутник химика: Физико-химические свойства, методики, библиография. М.: Мир, 1976. 541 с.

26. Sheldrick G.M. SHELXT – integrated space-group and crystal-structure determination // Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Adv. 2015. V. 71, Pt. 1. P. 3–8. https://doi.org/10.1107/S2053273314026370.

27. Sheldrick G.M. Crystal structure refinement with SHELXL // Acta Crystallogr., Sect. C: Struct. Chem. 2015. V. 71, Pt. 1. P. 3–8. https://doi.org/10.1107/S2053229614024218.

28. Dolomanov O.V., Bourhis L.J., Gildea R.J., Howard J.A.K., Puschmann H. OLEX2: A complete structure solution, refinement and analysis program // J. Appl. Crystallogr. 2009. V. 42, No 2. P. 339–341. https://doi.org/10.1107/S0021889808042726.

29. Spek A.L. Structure validation in chemical crystallography // Acta Crystallogr., Sect. D: Biol. Crystallogr. 2009. V. 65, Pt. 2. P. 148–155. https://doi.org/10.1107/S090744490804362X.

30. Kayumov A.R., Khakimullina E.N., Sharafutdinov I.S., Trizna E.Y., Latypova L.Z., Hoang T.L., Margulis A.B., Bogachev M.I., Kurbangalieva A.R. Inhibition of biofilm formation in Bacillus subtilis by new halogenated furanones // J. Antibiot. 2015. V. 68, No 5. P. 297–301. https://doi.org/10.1038/ja.2014.143.

31. Leclercq R., Cantón R., Brown D.F.J., Giske C.G., Heisig P., MacGowan A.P., Mouton J.W., Nordmann P., Rodloff A.C., Rossolini G.M., Soussy C.‑J., Steinbakk M., Winstanley T.G., Kahlmeter G. EUCAST expert rules in antimicrobial susceptibility testing // Clin. Microbiol. Infect. 2013. V. 19, No 2. P. 141–160. https://doi.org/10.1111/j.1469-0691.2011.03703.x.

32. O’Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: A genetic analysis // Mol. Microbiol. 1998. V. 28, No 3. P. 449–461. https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x.