Введение к работе
Актуальность темы. Направленная химическая модификация стероидной молекулы является одним из наиболее эффективных и плодотворных подходов к созданию новых биологически активных соединений. Синтетические стероидные производные были и остаются в настоящее время важнейшим инструментом для фундаментальных исследований в различных областях биохимии, медицинской химии, эндокринологии, клеточной и молекулярной биологии, а также основой для разработки новых лекарственных препаратов. Успехи в рациональном дизайне и результаты биологических испытаний свидетельствуют, что для новых стероидных производных можно предсказать наиболее вероятные биологические мишени, а успешный поиск новых соединений с заданной биологической активностью целесообразно проводить среди соединений, обладающих определенными структурными особенностями.
Стероидные производные, модифицированные азотсодержащими
заместителями в кольце D, являются эффективными и специфичными ингибиторами важнейших ферментов из семейства цитохромов Р450; агонистами, антагонистами и модуляторами стероидных рецепторов; регуляторами сигнальных процессов. Соединения этого ряда обладают высоким фармакологическим потенциалом, некоторые уже используются в практической медицине, как средства для лечения андроген-зависимых онкологических заболеваний, а также как лекарственные препараты с противовирусной, противогрибковой, анти-бактериальной и антипаразитарной активностью.
В настоящее время химический синтез стероидных производных с азотсодержащими заместителями в кольце D представляет собой обширную и хорошо разработанную область. Тем не менее, прогресс в этой области во многом сдерживается сложностью, трудоемкостью и высокой стоимостью существующих методов. Очевидно, что поиск новых синтетических схем, разработка эффективных экспериментальных методик и направленный синтез новых стероидных производных с азотсодержащими заместителями в кольце D являются важной и актуальной задачей.
Цель и задачи работы. Цель работы - создание оригинальной схемы синтеза
21-азотсодержащих стероидных производных на основе перегруппировки 20-
кетостероидных 17,21-дигалогенидов под действием аминов и использование этой
схемы в синтезе новых стероидных производных - изомерных 17(20)Z- и 17(20)Е-
прегна-5,17(20)-диен-21-оиламидов и 2'-{[(іГ)-андрост-5-ен-17-илиден]-
метил}оксазолинов с различными функциональными заместителями в азотсодержащем фрагменте.
В ходе выполнения данной работы были поставлены и успешно решены следующие задачи:
-
Изучение перегруппировки 17а-бром-21-иод-Зр-ацетоксипрегн-5-ен-20-она в 30-ацетоксипрегна-5,17(20)-диен-21-оиламиды.
-
Получение, характеристика, структурное исследование и молекулярное моделирование изомерных 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)- диен-21-оиламидов.
-
Разработка метода циклизации 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21 -оил-(2'-гидроксиэтил)-амидов; синтез, структурное исследование и молекулярное моделирование 2'-{[(і?)-андрост-5-ен- 17-илиден]метил}-оксазолинов.
-
Первичное тестирование биологической активности синтезированных соединений в культуре клеток млекопитающих.
Настоящая диссертационная работа является составной частью исследований, проводимых в лаборатории Синтеза физиологически активных соединений ФГБУ "ИБМХ" РАМН в рамках направления "Поиск молекулярных мишеней, компьютерное конструирование и получение биологически активных веществ, исследование их фармакологического действия и безопасности. Создание систем транспорта лекарств". Работа поддержана грантами РФФИ 09-04-00454_а; 10-04-90044-бела; 11-04-01537_аи 12-04-31075-мола.
Научная новизна. В работе установлено, что взаимодействие 20-кетостероидных 17,21-дигалогенидов с аммиаком, первичными и вторичными аминами приводит к прегна-5,17(20)-диен-21-оиламидам. Изучен механизм перегруппировки; на ее основе разработана оригинальная схема синтеза 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оиламидов с различными заместителями в амидном фрагменте. Изучена циклизация 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оил-(2'-гидроксиэтил)-амидов в 2'-{[(і?)-андрост-5-ен-17-илиден]-метил} оксазолины. Осуществлен направленный синтез 34 новых 21-азотсодержащих стероидных производных; проведено структурное исследование, молекулярное моделирование и первичное тестирование биологической активности синтезированных соединений в культуре клеток. Показаны существенные различия в структуре и биологической активности 21-азотсодержащих стероидных производных, обусловленные различной ориентацией азотсодержащего фрагмента относительно стероидного цикла; среди синтезированных соединений найдены новые потенциальные агонисты ядерного рецептора LXR и регуляторы липидного обмена.
Практическая значимость. В работе предложен новый подход к синтезу 21-азотсодержащих стероидных производных исходя из 20-кетостероидных 17,21-дигалогенидов; разработана оригинальная схема, позволяющая получать целевые 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оиламиды и 2'-{[()-андрост-5-ен-17-илиден]-метил}оксазолины в три стадии. Основными преимуществами нового подходы являются простота и эффективность. Имеющийся в настоящее время практически неисчерпаемый набор аминосодержащих исходных блоков и
использование стратегии параллельного синтеза дают возможность применить предложенный в диссертации подход для направленного получения больших серий стероидных производных. Экспериментальные методики, разработанные в ходе исследования не требуют дорогостоящих реагентов, катализаторов и специальных приемов для проведения синтеза и выделения продуктов. Синтезированные в работе 21-азотзамещенные производные могут быть использованы в фундаментальных биохимических и биомедицинских исследованиях, а также представляют интерес в качестве новых потенциальных регуляторов гомеостаза холестерина, липидов, глюкозы в различных биологических системах.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Перегруппировка 20-кетостероидных 17,21-дигалогенидов под действием аммиака, первичных и вторичных аминов, приводящая к соответствующим 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оиламидам.
-
Синтез 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оиламидов, различающихся структурой амидного фрагмента, разделение 17(20)Z- и 17(20)і?-изомеров; определение конфигурации заместителей при двойной связи 17(20) и структурное изучение синтезированных соединений.
-
Циклизация 17(20)Z- и 17(20)і?-прегна-5,17(20)-диен-21-оил-(2'-гидроксиэтил)-амидов в 2'-{[(і?)-андрост-5-ен-17-илиден]-метил}оксазолиньі; синтез, структурное изучение и молекулярное моделирование синтезированных соединений, в том числе (4'і?)- и (4\S)- 4'-замещенных 2'-{[()-андрост-5-ен-17-илиден] -метил } оксазо линов.
-
Обнаружение способности синтезированных соединений регулировать биосинтез холестерина и триглицеридов в клетках Hep G2, а также моделировать биологическую активность эндогенных стеринов, оксигенированных в боковой цепи.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на I Всероссийской конференции «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (Санкт-Петербург, 2010 г.); Конкурсе - конференции научных работ ИБМХ РАМН (Москва, 2011 и 2013 гг.); VI Международной конференции по нитроксидным радикалам (Spin 2011, Марсель, Франция, 2011 г.); VI Международной конференции «Менделеев 2012» (Санкт-Петербург, 2012 г); Международной конференции «Химия биологически активных веществ» (Саратов,
2012 г.); III Международной интернет-конференции «Актуальные проблемы
биохимии и бионанотехнологии» (Казань, 2012 г.); XV Международной
конференции «Гетероциклы в биоорганической химии» (Рига, Латвия, 2013 г.); I
Российской конференции по медицинской химии «MedChemRussia-2013» (Москва,
2013 г.)
Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, Литературного обзора, Результатов и обсуждения, Экспериментальной части, Заключения, Выводов и Списка литературы. Диссертация изложена на 150 страницах, содержит 56 схем, 5 таблиц и 21 рисунок, список литературы включает 200 источников.