Введение к работе
Актуальность темы. Органические соединения гетероциклической природы составляют в настоящее время около 70% всех применяемых в клинике лекарственных средств. Наиболее широко используются препараты, содержащие в своей структуре азотсодержащие гетероциклические системы. Особое место среди них занимают лекарственные средства, созданные на основе пиримидиновых нуклеиновых оснований и обладающие широким спектром фармакологической активности, включающим психотропные, сердечно-сосудистые, иммуномодулирующие, противоопухолевые, антибактериальные и, конечно же, противовирусные эффекты. Во многом именно с развитием химии и фармакологии соединений пиримидиновой природы связан наблюдающийся в последние десятилетия значительный прогресс в области химиотерапии вирусных инфекций. Однако широко распространенные и особо опасные инфекционные заболевания вирусной этиологии (СПИД, вирусные гепатиты, герпесвирусные инфекции) до сих пор представляют серьезную проблему современного здравоохранения. В этой связи направленный поиск новых высокоэффективных ингибиторов вирусной репродукции остается одной их самых актуальных задач современной фармации. Значительный интерес в плане создания новых противовирусных средств, применяемых в терапии таких заболеваний, как инфекция вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), представляют соединения, содержащие в своем составе урацил – пиримидиновое основание, входящий в состав нуклеиновых кислот.
Степень разработанности темы. Последние достижения фармацевтической и медицинской химии в области поиска высокоэффективных антивирусных агентов пиримидиновой природы, связанные с успешным завершением доклинических и клинических испытаний целого ряда оригинальных антивирусных лекарственных средств, свидетельствуют о том, что развитие пиримидинового направления может способствовать эффективному контролю и лечению инфекционных вирусных заболеваний. Многие из высокоактивных в отношении ВИЧ-1 соединений имеют именно пиримидиновую природу и широко используются в клинической практике в качестве ненуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы ВИЧ-1. Однако химическая структура этих соединений не оптимизирована, не решены проблемы, связанные с необходимостью преодоления лекарственной резистентности, возникающей при длительном использовании препаратов, некоторые из них имеют неудовлетворительные фармакокинетические характеристики и вызывают ряд побочных эффектов. В связи с этим направленный поиск новых высокоселективных ингибиторов репродукции ВИЧ-1 остается актуальной проблемой фармации.
Целью работы является синтез новых потенциальных ненуклеозидных ингибиторов вирусной репродукции на основе функциональных производных 1-[(арилокси)алкил]урацила.
Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:
1. Разработать эффективные методы N-алкилирования урацила и его производных низкореакционноспособными алкилирующими агентами в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона.
2. Изучить особенности алкилирования 2,4-бис(триметилсилилокси)-пиримидинов эфирами бромуксусной кислоты.
3. Исследовать физико-химические и спектральные свойства синтезированных соединений.
4. Определить основные качественные соотношения структура - противовирусная активность в ряду новых производных 1-[(арилокси)алкил]-урацила.
5. Выявить соединения-лидеры для дальнейшей структурной модификации с целью создания на их основе перспективных лекарственных средств для профилактики и лечения ВИЧ-1 инфекции.
Научная новизна. Впервые показана возможность региоселективного N1-алкилирования 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидинов низкореакционно-способными феноксиалкилбромидами без растворителя при температуре 180-190 оС.
Обнаружено, что алкилирование 2,4-бис(триметилсилилокси)-пиримидинов 2-бензилоксиэтиловыми эфирами бромуксусной кислоты легко протекает в положение N1 при кипячении эквимолярной смеси реагентов в безводном 1,2-дихлорэтане.
Выявлены основные особенности соотношения структура – противовирусная активность в ряду новых N1-замещенных производных урацила, связывающие химическое строение боковой цепи со способностью веществ подавлять репликацию ВИЧ-1 in vitro.
Показано, что наиболее перспективным направлением поиска новых противовирусных агентов является синтез замещенных в ароматическом ядре производных 1-[(2-бензилоксиэтокси)метил]урацила, обладающих выраженной анти-ВИЧ-1 активностью in vitro в микромолярном диапазоне концентраций.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость. Осуществлен синтез 117 новых производных 1-[(арилокси)алкил]урацила, обладающих выраженной анти-ВИЧ-1 активностью in vitro. Выявлены основные закономерности, связывающие химическое строение боковой цепи и природу заместителей в пиримидиновом ядре со способностью веществ подавлять репродукцию ВИЧ-1 и их цитотоксичеcким действием. Выявлены соединения-лидеры и определены направления их дальнейшей химической модификации с целью создания высокоэффективных антиретровирусных лекарственных веществ.
Практическая значимость. Разработаны усовершенствованные препаративные методики региоселективного N1-алкилирования урацила и его производных замещенными феноксиалкилбромидами, -хлорэфирами и эфирами бромуксусной кислоты, значительно расширен круг алкилирующих агентов для силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона.
На основании результатов составлено информационное письмо «Синтез и противовирусная активность новых производных 1-(арилоксалкил)урацила», материалы которого использованы в учебном и научно-исследовательском процессах на кафедре химии и общей химической технологии Волжского политехнического института (филиала ФБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» Министерства образования и науки Российской Федерации) (акт внедрения от 14.05.13) и лаборатории лекарственной безопасности ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА России (акт внедрения от 17.09.13).
Методология и методы исследования. На основании анализа литературных данных о строении и фармакологических свойствах соединений пиримидиновой природы была разработана общая концепция синтеза базовых соединений ряда 1-(арилоксиалкил)урацила и их дальнейшей направленной химической модификации с целью усиления противовирусного действия. Для первичной оценки токсических свойств и возможных побочных фармакологических эффектов соединений-лидеров были использованы с современные компьютерные технологии. При осуществлении синтеза новых соединений были использованы эффективные методы очистки и разделения сложных смесей, основанные на аналитической и препаративной хроматографии. Для доказательства строения полученных веществ применяли актуальные спектральные методы – ЯМР спектроскопию 1Н и 13С и масс-спектрометрию.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Алкилирование 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидинов такими низкореакционноспособными алкилирующими агентами, как 1-бром-2-(фенокси)этан, 1-бром-2-(бензилокси)этан и 1-бром-3-(фенокси)пропан, с высоким выходом и селективно протекает в положение N1 в отсутствие растворителя при температуре 180-190 оС и не затрагивает положение N3 пиримидиновой системы. Наличие заместителя в положении 6 значительно снижает выход целевых продуктов N1-алкилирования.
2. Взаимодействие 2-бензилоксиэтиловых эфиров бромуксусной кислоты с 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидинами, не содержащими заместителей в положении 6, протекает в мягких условиях в инертном апротонном растворителе и приводит исключительно к продуктам N1-монозамещения. Наличие заместителя в положении 6 пиримидиновой системы препятствует N1-алкилированию.
3. Новые производные 1-[(арилокси)алкил]урацила демонстрируют, в зависимости от химического строения боковой цепи, выраженную способность подавлять репликацию ВИЧ-1 in vitro в микро- и наномолярном диапазоне концентраций и могут служить основой для дальнейшего направленного поиска эффективных анти-ВИЧ-1 агентов ненуклеозидной природы.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследования определяется выбором современных методов идентификации вновь синтезированных соединений на основе ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии, чистота и индивидуальность новых веществ подтверждена хроматографически. Результаты противовирусного скрининга in vitro получены в научных центрах мирового уровня (Rega Institute for Medical Research, Бельгия и TherImmun Inc., Мэриленд, США) аккредитованных в соответствии со стандартами надлежащей лабораторной практики (GLP). Результаты определения эффективных и цитотоксических концентраций исследуемых соединений обработаны методами математической статистики и являются достоверными.
Основные фрагменты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Естествознание на рубеже столетий» (Дагомыс, 2001 г.), VII, VIII, IX региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2002-2004 г.), 62-ой открытой итоговой научной конференции студентов и молодых ученых ВолгГМУ «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Волгоград, 2004 г.), Международной научной конференции РАЕ «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Дубай, 2012 г.). По материалам диссертации опубликовано 14 статей и тезисы 5 научных докладов, в том числе 9 статей в журналах перечня ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 119 страницах компьютерного набора, содержит 14 таблиц, 9 рисунков, 107 литературных ссылок, в том числе 41 на русском языке.
