Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В мировой практике активно ведутся работы по созданию новых эффективных лекарственных средств. Начальный этап таких работ составляют исследования по скринингу новых биологически активных веществ, выявлению эффективности их использования по отношению к тем или иным видам биологических мишеней, а также по разработке простых и экологически привлекательных методов получения таких веществ.
Настоящая диссертационная работа посвящена реализации комплекса таких исследований в области химии органических азидов, органических тиоцианатов и N-арилазолов. Выбор этих классов веществ не случаен.
Интерес к органическим азидам обусловлен их антибактериальной и противовирусной активностью (азидоциллин и азидоамфеникол – антибиотики широкого спектра действия, препарат Зидовудин используется при лечении ВИЧ). Кроме того, органические азиды используются в синтезе биологически активных производных азиридина и 1,2,3-триазола, обладающих антибактериальной, противогрибковой, антипаразитарной и противовирусной активностью.
Органические тиоцианаты обладают выраженной фунгицидной активностью, помимо этого они являются полупродуктами синтеза биологически активных тиосульфонатов, тиазолов и тиолов.
Азольные гетероциклы – структурные элементы большого числа разнообразных лекарственных средств (метронидазол, кетоконазол, клотримазол, флуконазол, итраконазол, метамизол-натрий и т.д.) обладающих антибактериальной, противогрибковой, противопротозойной, обезболивающей, противовоспалительной и другими видами активности.
В связи с тем, что существующие методы синтеза органических азидов и тиоцианатов требуют, как правило, высоких (до 80 оС) или низких (до – 10 оС) температур, дорогостоящих растворителей и реагентов (в ряде случаев труднодоступных или взрывоопасных), а возможности синтеза N-арилазолов по классическому методу Ульмана весьма ограничены, актуальным является разработка новых эффективных и низкозатратных методов синтеза на основе реакций азидирования, тиоцианирования и азолирования с получением соответствующих веществ (в том числе ранее не описанных).
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель исследования – разработка новых, эффективных, низкозатратных и экологически привлекательных методов азидирования, тиоцианирования и азолирования алифатических и ароматических соединений и оценка их биологической активности.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:
1. Поиск новых подходов к получению целевых структур на основе анализа литературных данных по реализации процессов азидирования, тиоцианирования и азолирования органических веществ различных классов.
2. Разработка и оптимизация оригинальных эффективных и экологически безопасных способов азидирования, тиоцианирования и азолирования органических соединений с применением химических и электрохимических методов, а также методов выделения и очистки целевых продуктов.
3. Изучение механизма электрохимической трансформации исходных реагентов с использованием данных циклической вольтамперометрии и оптимизация процессов электросинтеза на основании полученных данных.
4. Установление строения целевых веществ с помощью комплекса современных физико-химических методов (одномерной спектроскопии ЯМР на ядрах 1Н, 13С и 14N; двумерной спектроскопии ЯМР с использованием последовательностей HMBC, HSQC и NOESY; масс-спектрометрии; ИК-спектроскопии) и квантово-химических расчетов. Оценка физико-химических свойств полученных веществ (температуры плавления, растворимости, смешиваемости).
5. Определение in vitro антибактериальной и противогрибковой активности синтезированных соединений, оценка влияния строения вещества на его активность и выявление наиболее перспективных веществ для дальнейшего изучения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ. В результате проведенных исследований:
Разработан новый, простой и низкозатратный способ синтеза вицинальных азидойодидов (выход до 77%) действием системы NaN3-I2 на алкены. Получено 12 веществ (из них 5 ранее не описаны).
Предложен новый, удобный и безопасный метод химического получения арилтиоцианатов из производных анилина, пиррола и индола (выход до 87%) с использованием системы KSCN-CuSO4-K2S2O8. Синтезировано 11 арилтиоцианатов. По результатам данного исследования подана заявка на получение патента РФ.
Реализован оригинальный, селективный и экологически привлекательный процесс электрохимического тиоцианирования производных анилина, пиррола, индола и азола с выходом целевых продуктов до 92%. Методом циклической вольтамперометрии изучен механизм реакции и показана роль диродана как ключевого интермедиата процесса. Из 10 синтезированных целевых веществ 3 ранее не описаны в литературе и 8 впервые получены электрохимическим методом.
В рамках развития методологии SNH(An)-реакций впервые осуществлен электроиндуцированный процесс региоселективного кросс-сочетания пирролов и азолат-анионов. Получено 6 ранее не описанных N-пирролилазолов (выход до 75%). На основании данных циклической вольтамперометрии определены механизмы данного процесса.
Выявлена противогрибковая (в том числе к резистентным грибам) и антибактериальная активность ряда полученных соединений, сопоставимая по уровню минимальной подавляющей концентрации со стандартными препаратами сравнения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Созданы эффективные, одностадийные, малозатратные, экологически привлекательные и пригодные для масштабирования способы функционализации органических веществ на основе использования фармакологически активных (азидных, тиоцианатных и азольных) групп и доступных реагентов. Разработанные методы синтеза внедрены в работу лаборатории исследования гомолитических реакций №13 и лаборатории органического электросинтеза №37 ФГБУН Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Проведенные в Государственном научном центре по антибиотикам микробиологические испытания 39 синтезированных веществ на примере стандартных бактериальных и грибных контрольных штаммов (Staphylococcus aureus, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans, Candida tropicalis, Candida krusei и Aspergillus niger) показали, что большинство из них обладает выраженной активностью. Ряд азидов и тиоцианатов показал высокую противогрибковую и антибактериальную активность, что является предпосылкой для направленного создания лекарственных средств на их основе. Выявлено 2 наиболее перспективных производных 2,5-дитиоцианатопиррола, предназначенных для дальнейшего углубленного изучения. Полученные азиды, тиоцианаты и азолы могут использоваться как полупродукты синтеза различных групп биологически активных веществ – азиридинов, азолов, тиолов, тиазолов и тиосульфонатов, обладающих, согласно литературным данным, антибактериальной, противогрибковой, антипаразитарной и противовирусной активностью.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты проведенных исследований доложены на VIII Ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ-РАН-ВУЗЫ (Москва, 2008 г.), Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва, 2009 г.), 4-й Всероссийской с международным участием научно-методической конференции «Фармобразование-2010» (Воронеж, 2010 г.), VI Всероссийской конференции-школе «Высокореакционные интермедиаты химических и биохимических реакций» (Москва, 2011 г.), VII Всероссийской с международным участием конференции-школе по электрохимии органических соединений «ЭХОС-2012» (Тамбов, 2012 г.), IV Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, медицине, фармакологии» (Санкт-Петербург, 2012 г.).
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автору принадлежит ведущая роль в выборе направления исследования, анализе и обобщении полученных результатов. В работах, выполненных в соавторстве, автором лично проведена обработка, научное обоснование и интерпретация полученных экспериментальных данных. Вклад автора является определяющим и заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования: от постановки задач и их экспериментальной реализации до обсуждения результатов в научных публикациях и докладах.
СООТВЕТСТВИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПАСПОРТУ НАУЧНОЙ СПЕЦИАЛЬНОСТИ. Научные положения диссертации соответствуют формуле специальности 14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия. Результаты проведенного исследования соответствуют области исследования специальности, конкретно пунктам 1 и 2 паспорта.
СВЯЗЬ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ С ПРОБЛЕМНЫМ ПЛАНОМ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ НАУК. Диссертационная работа выполнена в соответствии с комплексной научной темой ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России «Разработка современных технологий подготовки специалистов с высшим медицинским и фармацевтическим образованием на основе достижений медико-биологических исследований» (№ государственной регистрации 01200606352). Тема включена в план научных исследований кафедры фармацевтической и токсикологической химии «Основные направления создания и оценки качества лекарственных средств» (№ государственной регистрации 01200907145).
