Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание новых лекарственных средств является одной из приоритетных задач государственной политики РФ в области развития фармпромышленности, сформулированной в «Стратегии развития фармацевтической промышленности на период до 2020».
Анализ литературных данных за последние 15 лет показывает, что большие синтетические возможности в получении новых эффективных лекарственных средств представляют производные 2,2,4-триазола. Ряд производных 1,2,4-триазола используется в медицинской практике в качестве лекарственных препаратов для лечения грибковых инфекций (флуконазол, итраконазол, теркона-зол), вирусных инфекций (рибавирин, Maraviroc), психических расстройств (тразодон, нефазодон, альпразолам, триазолам, Brotizolam), рака груди (летро-зол, анастрозол), заболеваний сердечно-сосудистой системы (тиотриазолин, кардиотрил, Trapidil). Известны производные 1,2,4-триазола, проявляющие ан-тибактериалыгую, аналентическую, местноанестезирующую, анальгезирую-щую, противовоспалительную, жаропонижающую, антигапертензивную, гепа-топротекторную, кардиопротекторную, антиоксидантную, антиагрегантную и другие виды активности.
Перспективным направлением поиска биологически активных 1,2,4-триазолов является исследование их реакций с новыми реагентами, приводящими к образованию неизвестных рядов соединений. Примером такого типа реагентов являются тиираны, химия которых отличается разнообразием протекающих процессов. При взаимодействии 1,2,4-триазолов с тииранами возможно образование продуктов раскрытия тииранового цикла, производных тиирана и тиетана, а также продуктов их дальнейших превращений. Из-за существования 1,2,4-триазолов в виде трех таутомерных форм исследование их реакций с тииранами представляет интерес, как с точки зрения органической химии, так и с точки зрения синтеза новых рядов биологически активных соединений.
Таким образом, систематическое исследование реакций 1,2,4-триазолов с тииранами, разработка на этой основе оригинальных методов синтеза новых классов потенциально биологически активных соединений, а также изучение их химических и биологических свойств является актуальной проблемой.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росздрава» по проблеме «Изыскание и изучение новых лекарственных средств». Номер государственной регистрации 01200702369.
Цель и задачи исследования. Разработка путей синтеза новых классов биологически активных соединений на основе систематических исследований реакций 1,2,4-триазолов с тииранами, установление закономерностей «структура - активность» в ряду синтезированных соединений, а также создание на их основе высокоэффективных биологически активных веществ.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи: 1. Исследование реакций производных 1,2,4-триазола с «модельным» тии-
раном. Определение направлений алкилирования триазольного цикла
тииранами.
-
Исследование реакций производных 1,2,4-триазола с монофункциональными тииранами. Разработка методов синтеза производных 5,6-дигидротиазоло[3,2-6]-1,2,4-триазола.
-
Исследование реакций производных 1,2,4-триазола с 2-хлор-метилтиираном. Определение направлений алкилирования триазольного цикла и условий протекания тииран-тиетановой перегруппировки.
-
Разработка методов синтеза производных М-(тииран-2-ил)метил-, N-(тиетан-3-ил)-, >Ц1-оксотиетан-3-ил)- и М-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов и 5,6-дигидротиазоло[3,2-]-1,2,4-триазола и исследование их химических свойств.
-
Разработка методов диоксотиетанилирования гетероциклов и синтеза 3-замещенных тиетан-1,1-диоксидов.
-
Установление строения, изучение физико-химических свойств и спектральных характеристик впервые синтезированных производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида.
-
Проведение фармакологического скрининга впервые синтезированных соединений и анализ зависимости «структура - активность».
-
Синтез высокоэффективных биологически активных веществ, разработка технологического процесса их производства и соответствующей нормативной документации.
-
Разработка органических реактивов для применения в синтезе новых биологически активных производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида.
Научная новизна. Впервые проведены систематические исследования реакций 1,2,4-триазолов с тииранами. Установлены некоторые закономерности, определяющие направление реакций и структуру конечных продуктов. Реакции 1,2,4-триазолов с тииранами идут по положениям N' и N2 триазольного цикла с образованием региоизомерных продуктов, соотношение которых зависит от характера заместителей в положениях С3 и С5 триазольного цикла Для 3-алкокси-и 3-арилокси-5-бром-1,2,4-триазолов реакция преимущественно протекает по положению N^ триазольного цикла, а для 3-аминозамещенных 5-бром- 1,2,4-триазолов - по положению N' триазольного цикла.
Установлено, что при взаимодействии 3,5-дибром-1,2,4-триазола с монофункциональными тииранами образуются 5-замещенные 2-бром-5,6-дигидротиазоло[3,2-]-1,2,4-триазолы.
Впервые исследованы реакции 3,5-дизамещенных 1,2,4-триазолов с 2-хлорметилтиираном. Определены закономерности реакций, структура полученных соединений. Реакции 1,2,4-триазолов с 2-хлорметилтиираном идут по положениям Ny, N2 и К' триазольного цикла с образованием региоизомерных продуктов, структура которых зависит от природы применяемого растворителя, соотношения реагентов и характера заместителей в положениях С3 и С5 триазольного цикла. В апротонном растворителе - ацетоне - образуются региоизо-мерные 3,5-дизамещенные 1-(тииран-2-илметил)-1,2,4-триазолы и 2,3;5;-тризамещенные 5-(1,2,4-триазол-1-илметил)-5,6-дигидротиазоло[3,2-6]-1,2,4-триазолы. В водной среде протекает тииран-тистановая перегруппировка, в ре-
зультате которой образуются региоизомерные №(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолы. В случае 1,2,4-триазола, 3-арилокси- и 3-аминозамещенных 5-бром-1,2,4-триазолов алкилирование протекает по N' и N2 положениям триазольного цикла, в случае 3,5-дибром-1,2,4-триазола и 3-алкокси-5-бром-1,2,4-триазолов - по Ny, N2 и Nv положениям.
Показано, что в результате реакций 3,5-дибром-1-(тииран-2-илметил)-1,2,4-триазола с нуклеофильными реагентами образуются неизвестные ранее 5-замещенные 2-бром-5,6-дигидротиазоло[3,2-6]-1,2,4-триазолы. Предложен механизм взаимодействия тиирана на основе триазола с нуклеофилами, который включает первоначальное образование тиолят-анионов и последующую гетеро-циклизацию в дигидротиазолотриазолы.
Исследована реакционная способность 5-замещенных 3-бром-1-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов в реакциях окисления. Установлено, что в результате окисления 1-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов в среде ледяной уксусной кислоты пе-роксидом водорода в зависимости от избытка реагента и температуры проведения реакции образуются І-(І-оксотиетан-З-ил)- или 1-(1,1-диоксотиетан-З-ил)-1,2,4-триазолы.
Установлено, что направление взаимодействия 5-замещенных З-бром-1-(тиетан-3-ил)-, З-бром-І-(І-оксотиетан-З-ил)- и 3-бром-1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов с нуклеофилами зависит от степени окисления атома серы тиетанового цикла и природы нуклеофила. Показано, что 3,5-дибром-1-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазол реагирует с алкоголятами, фенолятами, тиолятами щелочных металлов, аминами и гидразингидратом по атому брома в положении CJ триазольного цикла с образованием соответствующих производных. Взаимодействие 3,5-дибром-1-(1-оксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазола с аминами, гидразингидратом и тиогликолевой кислотой также приводит к нуклеофильному замещению атома брома в положении С триазольного цикла.
Показано, что при взаимодействии 3,5-дибром-1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазола с алкоголятами, фенолятами, тиолятами щелочных металлов и натриевыми солями азолов протекает элиминирование тиетан-1,1-диоксидного цикла, и образуются 3-замещенные тиетан-1,1-диоксиды и 3,5-дибром-1,2,4-триазол. Предложен механизм данной реакции, включающий элиминирование тает-1,1 -диоксида и последующее присоединение нуклеофила. В случае взаимодействия с 2,4-дихлорфенолом, тиогликолевой кислотой, аминами и гидразингидратом протекает только нуклеофильное замещение атома брома по положению С3.
Показана возможность использования реакций 5-замещенных З-бром-1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов с этилатом натрия для получения NH-незамещенных 5-бром-1,2,4-триазолов, содержащих в положении С различные заместители, а реакций 5-аминозамещенных 3-бром-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов с трет-бутипатом натрия -для получения 3-аминозамещенных 5-бром-(1,1 -диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов.
Показана возможность использования метода ЯМР 'Н-спектроскопии для определения положения заместителей в триазольном цикле регаоизомерных
3,5-дизамещенных г4-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов, и установлена зависимость величины химического сдвига протонов от положения тиетанового цикла.
Выявлены некоторые закономерности взаимосвязи «структура - активность» в ряду синтезированных соединений. С помощью компьютерного анализа определен решающий набор признаков для антидепрессивной активности.
Новизна исследований подтверждена 2 патентами РФ на изобретение № 2339632, № 2373929.
Пра«сгичсская значимость. Разработаны методы синтеза новых рядов биологически активных производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида: 3,5-дизамещенных 1-(тииран-2-илметил)- 1,2,4-триазолов; 5-замещенных 2-бром-5,6-дигидротиазоло[3,2-Ь]-1,2,4-триазолов; 2,3/5/-тризамещенных 5-(1,2,4-триа-зол-1-илметил)-5,6-дигидротиазоло[3,2-]-1,2,4-триазолов; 5-замещенных 3-бром-1 -(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 3-замещенных 5-бром-1 -(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 3-замещенных 5-бром-4-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 5-замещенных 3-бром-1-(1-оксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 5-замещенных З-бром-1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 3-замещенных 5-бром-1-(1,1-диоксо-тиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов; 3-замещенных 5-бром-1,2,4-1 Я-1,2,4-триазолов и 3-замещенных тиетан-1,1 -диоксидов.
Предложен новый оригинальный способ аннелирования дигидротиазоль-ного цикла к триазолам, содержащим легко уходящие группы, основанный на взаимодействии последних с монофункциональными тииранами.
В качестве реагента для диоксотиетанилирования гетероциклов и синтеза 3-замещенных тиетан-1,1-диоксидов предложен 3,5-дибром-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазол. Предложенный реагент апробирован на примере получения 1-(1,1 -диоксотиетан-3 -ил)-1,2,4-триазолов, 1-(1,1 -диоксотиетан-3-ил)бензими-дазолов, 1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)имидазолов и 7-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-ксантинов и др.
Для NH-группы гетероциклов предложена новая защитная группа - тие-тановый цикл, который легко вводится реакциями алкилирования гетероциклов 2-хлорметилтиираном. Удаление тиетановой защитной группы проводят после ее окисления пероксидом водорода в уксуснокислой среде до тиетан-1,1-диоксидной действием алкоголята натрия. Предложенный вариант защиты реализован на примере получения 3-замещенных 5-бром-1Я-1,2,4-триазолов.
Из 280 неописанных ранее в литературе соединений фармакологический скрининг прошли: 45 соединений на наличие МОС-модулирующей активности, 57 соединений - антидепрессивной активности, 31 - гемореологической активности, 28 - антиагрегационной активности, 88 - противомикробной активности, 18 - антиоксидантной активности. Среди них выявлены вещества, обладающие МОС-индуцирующей, антидепрессивной, гемореологической и антиагрегационной активностью, которая находится на уровне или превосходит действие препаратов, применяемых в медицинской практике.
3-Бром-5-(пиперазин-1-ил)-1,2,4-триазол рекомендован к углубленным испытаниям как индуктор микросомальных оксидаз печени. Выраженной гемореологической активностью обладают моноэтаноламмониевая и диэтаноламмо-ниевая соли 2-[3-бром-1 -(1,1 -диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолил-5-сульфанил]-
уксусной кислоты, которые рекомендованы к углубленным фармакологическим испытаниям. Разработан проект фармакопейной статьи и лабораторный регламент на производство диэтаноламмониевой соли 2-[3-бром-1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолил-5-сульфанил]уксусной кислоты. На калиевую соль, 2-[3-бром-1-(тиетан-3-нл)-1,2,4-триазолил-5-сульфанил]уксусной кислоты, проявляющую антиагрегационную и антикоагуляционную активность, и проходящую углубленные фармакологические испытания, разработан лабораторный регламент на производство.
Производные тиетан-1,1 -диоксида - 3-(2-«зо-пропил-5-метилфенокси)тие-тан-1,1-диоксид, 3-фенилсульфонилтиетан-1,1 -диоксид и З-метокситиетан-1,1-диоксид, проявляющие выраженную антидепрессивную активность, проходят углубленные фармакологические испытания. Разработан лабораторный регламент на производство З-метокситиетан-1,1-диоксида.
Разработаны лабораторные регламенты на производство и технические условия на 2 новых реактива: 3,5-дибром-1-(тиетан-3-ил)-1,2,4-триазол (ЛР 01963597-59.03-10, ТУ-2631-001-01963597-2010), 3,5-дибром-1-(1Д-диоксо-тиетан-3-ил)-1,2,4-триазол (ЛР 01963597-59.04-10, ТУ-2631-002-01963597-2010).
Представленные в работе методы синтеза новых производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида, результаты изучения их биологической активности используются при проведении научных исследований на кафедрах микробиологии, фармакологии №1 с курсом клинической фармакологии, биологической и биоорганической химии, фармацевтической химии с курсами аналитической и токсикологической химии Башкирского государственного медицинского университета, на кафедре фармакологии Волгоградского государственного медицинского университета, лаборатории физической химии ИОХ УНЦ РАН г. Уфа.
Положения, выносимые на защиту.
-
Основные закономерности взаимодействия 1,2,4-триазолов с монофункциональными тииранами и 2-хлорметилтиираном.
-
Новый способ аннелирования дигидротиазолыюго цикла к 1,2,4-триазолам, содержащим легко уходящие группы.
3. Новые методы синтеза производных 1-(тииран-2-илметил)-1,2,4-
триазола и 5,6-дигидротиазоло[3,2-6]-1,2,4-триазола.
4. Новые методы синтеза производных І-(тиетан-З-ил)-, 1-(1-оксотиетан-
3-ил)-, 1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-1,2,4-триазолов, NH-незамещенных 1,2,4-
триазолов и 3-замещенных тиетан-1,1-диоксидов.
5. Спектральные характеристики и строение региоизомерных 1,2,4-
триазолов, а также производных ти етан-1,1-диоксида.
-
Результаты фармакологических испытаний, установленные закономерности взаимосвязи «структура - активность», а также выбор перспективных соединений для углубленных фармакологических испытаний.
-
Разработанные органические реактивы и их применение в синтезе биологически активных производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида.
Апробация диссертации. Материалы диссертации обсуждены на Первой международной конференции «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов» (Москва, 2001 г.), Третьем международном конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2002 г.), XV, XVII Международных научно-технических конференциях «Реактив» (Уфа, 2002, 2004 гг.), XI Международной конференции и дискуссионном научном клубе IT + ME' 2003 «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Ялта-Гурзуф, 2003 г.), IV, VI , VII, VIII Всероссийском научном семинаре с молодежной научной школой «Химия и медицина» (Уфа, 2003, 2007, 2009, 2010гг.), IV Межрегиональной научно-практической конференции «Фармация XXI века» (Новосибирск, 2004), региональных научных конференциях «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2004, 2005 гг.), на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2005,2006), на VI Всероссийской интерактивной конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2007), на Международной конференции по медицинской химии «Drug Discovery and Selection» (Lille, 2007), на XV Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2008), V Международной конференции «Chemistry of nitrogen containing heterocycles» (Kharcov, 2009 г.), Научно-практической конференции «Biologically active substances: Fundamental and applied Problems» (Novy Svet, 2009 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 61 публикации, из них: 2 патента на изобретение, 17 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК, 42 статьи и тезиса докладов в журналах, сборниках и материалах конференций различного уровня.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 425 страницах и состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальных исследований, выводов, списка литературы, включающего 432 источника. Работа содержит 141 схему химических реакций, 74 таблицы, 35 рисунков, приложение.
