Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Синтез бензотиазолов. Литературный обзор 8
1.1. Методы синтеза бензотиазола 8
1.1.1. Синтез бензотиазолов конденсацией о-аминотиофенолов (метод А) 8
1.1.1.1. Синтезы с участием альдегидов и кетонов 10
1.1.1.2. Синтезы при использовании карбоновых кислот и их производных 12
1.1.2. Синтез бензотиазолов циклизацией производных ариламинов (метод B) 15
1.1.2.1. Синтез из N-арилтиоамидов или тиоанилидов 15
1.1.2.2. Синтезы из арилтиомочевин 18
1.1.2.3. Синтезы из арилизотиоцианатов 19
1.1.3. Синтез бензотиазолов циклизацией о-аминоарилтиопроизводных (метод С) 20
1.1.4. Синтез бензотиазолов циклизацией о-аминопроизводных тиофенолов (метод D) 22
1.1.5. Синтез бензотиазолов взаимодействием серосодержащего реагента с анилидами (метод E) 23
1.1.6. Синтез бензотиазолов конденсацией ароматических соединений с тиомочевиной и роданидами (метод G) 24
1.1.7. Синтез бензотиазолов взаимодействием анилинов с серосодержащими соединениями (метод H) 25
1.1.8. Современные методы синтеза бензотиазолов 26
1.2. Прикладное значение бензотиазола и его производных 36
1.2.1. Применение бензотиазолов в аналитической химии 36
1.2.2. Промышленное использование бензотиазолов 37
Глава 2. Синтез тиазолов, конденсированных с пиперидиновым фрагментом 39
2.1. Синтез 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пири-дин-2-аминов 39
2.2. Создание комбинаторных библиотек амидов и карбдиамидов на основе 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин--2-аминов 46
2.2.1. Синтез амидных производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов 46
2.2.2. Синтез карбдиамидных производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов 49
2.3. Квантово-химическое моделирование реакции образования 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов 51
2.3.1. Изучение реакции образования 1-(арилсульфонил)пиперидин- 4-онов 52
2.3.2. Изучение реакции бромирования 1-(арилсульфонил)пиперидин-4-онов 55
2.3.3. Изучение реакции циклизации 3-бром-1-(арилсульфонил)пиперидин-4-она с тиомочевиной 58
Глава 3. Синтез тиазолов, конденсированных с бензольным фрагментом 75
3.1. Синтез 4-(6-R-бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов 75
3.1.1. Синтез комбинаторной библиотеки сульфамидов на основе 4-(6-R- бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов 77
3.1.2. Синтез комбинаторной библиотеки карбдиамидов на основе 4-(6-R- бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов 79
3.2. Синтез производных на основе 2-алкилмеркаптобензо[d]тиазол-6-амина 81
3.2.1. Синтез комбинаторной библиотеки сульфамидов на основе 2-алкил- меркаптобензо[d]тиазол-6-аминов 83
3.2.2. Синтез амидных и сульфамидных производных 2-алкилсульфобензо[d]тиазол-6-аминов 85
Глава 4. Исследование биологической активности производных тиазола 97
4.1. Биологическая активность производных бензотиазола 97
4.2. Создание виртуальных комбинаторных библиотек амидов и карбдиамидов на основе 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидро- тиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов 100
4.3. Компьютерная оценка спектра биологической активности 106
4.4. Исследование антибактериальной активности 110
Глава 5. Экспериментальная часть 114
5.1. Подготовка реагентов и растворителей 114
5.2. Синтез производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидро-тиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов 114
5.3. Синтез производных 4-(6-R-бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов (10а-м) 127
5.4. Синтез сульфамидов производных 2-алкилмеркаптобензо[d]тиазол-
6-амина (16а-в) 141
5.5. Синтез производных 2-алкилсульфобензо[d]тиазол-6-аминов(18а-в) 147
5.6. Синтез 2-сульфамидных производных 4-R-бензо[d]тиазол-2,6-ди-
амина (24) 157
5.7. Исследование биологической активности 165
5.8. Проведение физико-химических исследований 166
Выводы 168
Список литературы 170
- Синтезы при использовании карбоновых кислот и их производных
- Синтез амидных производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов
- Синтез комбинаторной библиотеки карбдиамидов на основе 4-(6-R- бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов
- Компьютерная оценка спектра биологической активности
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из современных направлений развития органической химии является поиск новых подходов к синтезу разнообразных соединений направленного физиологического действия. Комбинаторная химия раскрывает большие возможности для получения широкого спектра веществ с потенциальной биологической активностью, среди которых особое место занимают гетероциклические амины. Аминогруппа легко трансформируется в сульфамидную, карбамидную, карбдиамидную и другие группы, обладающие фармакофорными свойствами, что обеспечивает перспективность различных направлений ее модификации.
Соединения, содержащие тиазольный фрагмент, широко известны как биологически активные вещества. Так, тиазольный цикл входит в состав пенициллинов, витамина Вь фермента карбоксилазы, сульфамидного препарата - сульфатиазола, обладающего сильным бактерицидным действием; бензотиазол является структурным аналогом амиказола - противогрибкового средства. Многие производные 2-аминотиазола используются в фармацевтической химии как препараты для лечения аллергии, повышенного кровяного давления, воспаления, шизофрении, бактериальных и ВИЧ инфекций. Аминотиазолы известны как лиганды рецепторов эстрогена и антагонисты рецептора аденозина, а также как фунгициды.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры органической и биологической химии ТГПУ им. Л.Н. Толстого, а также в рамках выполнения гранта РФФИ (№ 04-03-96701) и в рамках договоров о научно-исследовательской работе с ЗАО «Исследовательский Институт Химического Разнообразия», г. Химки, Московская обл. (2006-2008 гг.).
Цель работы. Разработка эффективных методов синтеза билдинг-блоков, содержащих тиазольный фрагмент, и создание на их основе амидных, карбдиамидных и сульфамидных комбинаторных библиотек, включающих большое число соединений, обладающих потенциальной биологической активностью.
Научная новизна и практическая значимость работы. Разработаны мульти-
стадийные схемы синтеза ряда новых аминопроизводных конденсированных тиазо-
лов: 5-[(К-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов, 4-
(6-Я-бензо[с/]тиазол-2-ил)фениламинов, 2-алкилмеркаптобензо[с/]тиазол-6-аминов,
2-алкилсульфобензо[с/]тиазол-6-аминов, 7У-(6-амино-4-К-бензо[с/]тиазол-2-
ил)сульфамидов.
Методами молекулярной спектроскопии (ЯМР Н, С, 2D) изучено строение полученных соединений. Квантово-химическими методами установлены факторы (зарядовый и орбитальный, кинетические, термодинамические), влияющие на регио-и стереоселективность исследуемых процессов, предложен их механизм. Оптимизированы условия синтеза целевых продуктов высокой степени чистоты.
Полученные методом параллельного жидкофазного синтеза комбинаторные библиотеки амидных, карбдиамидных и сульфамидных производных конденсированного тиазола-1,3 удовлетворяют потребностям высокопроизводительного скрининга органических соединений. В ходе работы синтезировано около 1000 новых соединений.
Установлена антимикробная активность ряда производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов по отноше-
нию к грамотрицательным бактериям Escherichia coli и почвенной бактерии Agro-bacterium tumefaciens.
Положения, выносимые на защиту:
мультистадийные методы синтеза и функционализации аминопроизводных тиазо-ла;
доказательство строения и конформационных особенностей все синтезированных соединений;
квантово-химическое моделирование реализуемых схем синтеза 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов;
бактериостатическая активность ряда синтезированных соединений.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на Международном форуме молодых ученых «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2007), XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2008» (Москва, 2008), XI Международной научно-технической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алицикличе-ских соединений» (Волгоград, 2008), XII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2008» (Волгоград, 2008), XXI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2008), Межрегиональной научно-практической конференции «История и тенденции развития химической науки и образования. К юбилею Д.И. Менделеева» (Орехово-Зуево, 2009), а также на конференциях преподавателей, аспирантов и студентов ТГПУ им. Л.Н. Толстого 2006-2009 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ: 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 6 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Первая глава (литературный обзор) представляет собой результат анализа опубликованных источников по методам синтеза бензотиазолов. Вторая и третья главы посвящены исследованию группы соединений, содержащих тиазольный фрагмент, конденсированный с пиперидиновым циклом и бензольным кольцом, соответственно. В четвертой главе представлены данные экспериментального и теоретического исследования биологической активности некоторых синтезированных веществ. Пятая глава представляет собой экспериментальную часть. Объем диссертационного исследования составляет 205 страниц. Работа содержит 17 таблиц, 93 схемы, 29 рисунков. Список литературы включает 151 наименование. Объем приложений состоит из 18 страниц.
Синтезы при использовании карбоновых кислот и их производных
Актуальность темы. Одним из современных направлений развития органической химии является поиск новых подходов к синтезу разно-образных соединений направленного физиологического действия. Комбинаторная химия раскрывает большие возможности для получения широкого спектра веществ с потенциальной биологической активностью, среди которых особое место занимают гетероциклические амины. Амино-группа легко трансформируется в сульфамидную, карбамидную, карб-диамидную и другие группы, обладающие фармакофорными свойствами, что обеспечивает перспективность различных направлений ее модификации.
Соединения, содержащие тиазольный фрагмент, широко известны как биологически активные вещества. Так, тиазольный цикл входит в состав пенициллинов, витамина В1, фермента карбоксилазы, сульфамидного препа-рата – сульфатиазола (норсульфазола), обладающего сильным бактерицид-ным действием; бензотиазол является структурным аналогом амиказола – противогрибкового средства. Многие производные 2-аминотиазола исполь-зуются в фармацевтической химии как препараты для лечения аллергии, повышенного кровяного давления, воспаления, шизофрении, бактериальных и ВИЧ инфекций. Аминотиазолы известны как лиганды рецепторов эстрогена и антагонисты рецептора аденозина, а также как фунгициды. Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры органической и биологической химии ТГПУ им. Л.Н. Толстого, а также в рамках выполнения гранта РФФИ (№ 04-03-96701) и в рамках договоров о научно-исследовательской работе с ЗАО «Исследовательский Институт Химического Разнообразия», г. Химки, Московская обл. (2006-2008 гг.).
Цель работы. Разработка эффективных методов синтеза билдинг-бло-ков, содержащих тиазольный фрагмент, и создание на их основе амидных, карбдиамидных и сульфамидных комбинаторных библиотек, включающих большое число соединений, обладающих потенциальной биологической активностью.
Научная новизна и практическая значимость работы. Разработаны мультистадийные схемы синтеза ряда новых аминопроизводных конденсиро-ванных тиазолов: 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с] пиридин-2-аминов, 4-(6-R-бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов, 2-алкилмеркап-тобензо[d]тиазол-6-аминов, 2-алкилсульфобензо[d]тиазол-6-аминов, N-(6-амино-4-R-бензо[d]тиазол-2-ил)сульфамидов.
Методами молекулярной спектроскопии (ЯМР 1Н, 13С, 2D) изучено строение полученных соединений. Квантово-химическими методами установлены факторы (зарядовый и орбитальный, кинетические, термодинамические), влияющие на регио- и стереоселективность исследуемых процессов, предложен их механизм. Оптимизированы условия синтеза целевых продуктов высокой степени чистоты. Полученные методом параллельного жидкофазного синтеза комбинатор-ные библиотеки амидных, карбдиамидных и сульфамидных производных конденсированного тиазола-1,3 удовлетворяют потребностям высокопро-изводительного скрининга органических соединений. В ходе работы синтезировано около 1000 новых соединений.
Установлена антимикробная активность ряда производных 5-[(R-фенил) сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов по отноше-нию к грамотрицательным бактериям Escherichia coli и почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens. Положения, выносимые на защиту: мультистадийные методы синтеза и функционализации аминопроизводных тиазола; доказательство строения и конформационных особенностей все синтезированных соединений; квантово-химическое моделирование реализуемых схем синтеза 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов; бактериостатическая активность ряда синтезированных соединений. Апробация работы. Результаты работы были доложены на Международном форуме молодых ученых «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2007), XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2008» (Москва, 2008), XI Международной научно-технической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (Волгоград, 2008), XII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии – 2008» (Волгоград, 2008), ХХI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2008), Межрегиональной научно-практической конференции «История и тенденции развития химической науки и образования. К юбилею Д.И. Менделеева» (Орехово-Зуево, 2009), а также на конференциях преподавателей, аспирантов и студентов ТГПУ им. Л.Н. Толстого 2006-2009 гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ: 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 6 тезисов докладов на конференциях различного уровня. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе-ния, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Первая глава (литературный обзор) представляет собой результат анализа опубликованных источников по методам синтеза бензотиазолов. Вторая и третья главы посвя-щены исследованию группы соединений, содержащих тиазольный фрагмент, конденсированный с пиперидиновым циклом и бензольным кольцом, соответственно. В четвертой главе представлены данные экспериментального и теоретического исследования биологической активности некоторых синте-зированных веществ. Пятая глава представляет собой экспериментальную часть. Объем диссертационного исследования составляет 205 страниц. Работа содержит 17 таблиц, 93 схемы, 29 рисунков. Список литературы включает 151 наименование. Объем приложений состоит из 18 страниц.
Синтез амидных производных 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов
Сравнительный анализ спектров ЯМР 1Н синтезированной библиотеки амидов позволил установить ряд закономерностей. Электроноакцепторные заместители смещают сигналы протонов амидной группы в более слабое поле ( 11.40–12.60 м.д.). Изменения в значениях химических сдвигов других протонов не столь существенен и составляет 0.015–0.06 м.д. Кроме того, при использовании фторзамещенных бензойных кислот наблюдается дополнительное расщепление сигналов ароматического кольца из-за спин-спиновых взаимодействий 1H–19F.
Сигналы протонов темплейтного каркаса являются для данного класса соединений характеристическими и проявляются в следующих областях: уширенный синглет протонов H4 – при 4.21–4.82 м.д., сигналы протонов H6 и H7 в виде узких триплетов – при 3.37–3.73 м.д. и 2.60–2.74 м.д., соответственно. Сигналы протонов ароматического фрагмента практически не претерпевают изменений в зависимости от природы вводимого в структуру билдинг-блока варьируемого фрагмента ( 0.01-0.04 м.д.) и проявляются при 7.70–7.80 м.д. H2 ,6 , 7.10–7.60 м.д. H3 ,5 . Влияние природы радикала R2 на химические сдвиги протонов метильной и метоксильной групп производных б-г весьма незначительно и составляет 0.01–0.05 м.д.
Синтез карбдиамидов осуществляли взаимодействием аминов 5а-в с различными изоцианатами (Приложение 1) согласно схеме 2.5:
К раствору 0.55 ммоль исходного амина 5 в 2 мл ДМФА добавляли 0.5 ммоль соответствующего изоцианата. Полученную смесь перемешивали при температуре 60–70 С в течение 5–6 часов. Избыток амина предотвращает протекание побочной реакции образования симметричного карбдиамида:
Выделение целевых продуктов производили дистиллированной водой с добавлением 10–15 мл 7%-ного раствора соляной кислоты. Выпавший осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из раствора пропанола-2 с добавлением ДМФА. Синтезированная комбинаторная библиотека карбдиамидов, полученных с выходом 45–61 %, включает 105 веществ.
Строение всех мочевин было доказано методом ЯМР 1Н спектроскопии. Характерные сигналы протонов карбдиамидной группы соединений 7а–в наблюдаются при 10–11 и 6.5–9 м.д. При этом сигналы протонов при атоме азота билдинг-блока находятся в более слабом поле, что обусловлено влиянием атомов тиазольного фрагмента.
На рис. 2.6 приведен спектр ЯМР 1Н этил-2-[3-(5-тозил-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-ил)уреидо]ацетата. Сигналы протонов карбдиамидной группы представлены синглетом при 10.44 м.д. и триплетом при 6.79 м.д. с 3J=5.3 Гц. В слабом поле находятся также сигналы ароматических протонов в виде двух дублетов при 7.67 и 7.40 м.д. с 3J=8.2 Гц. Сигналы протонов пиперидинового цикла наблюдаются в виде синглета при 4.16 м.д. (2H4) и двух триплетов при 3.35 и 2.65 м.д., относящихся к протонам H6 и H7, соответственно. В сильном поле находятся сигналы протонов введенного в структуру билдинг-блока изоцианатного фрагмента, представленные квадриплетом при 4.14 м.д., дублетом при 3.89 м.д. и триплетом при 1.25 м.д. с 3J=7.2 Гц, а также синглет метильной группы темплейтного каркаса при 2.42 м.д.
Для обоснования стерео- и региоселективности процессов многостадийного синтеза 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидро-тиазоло [5,4-с]пиридин-2-аминов (5а–в) было проведено квантово-химическое исследование реакций, лежащих в основе предложенной методики.
Распределение зарядов в молекуле пиперидин-4-она таково, что эффективная атака катионом может протекать по двум нуклеофильным центрам: атому азота и атому кислорода карбонильной группы с образованием аммонийкатиона (IIа–в) и карбкатиона (А), соответственно (схема 2.7).
Несмотря на то, что величина отрицательного заряда на атоме кислорода больше, чем на атоме азота (-0.305 и -0.058, соответственно), образование сложного эфира маловероятно, так как теплота образования карбкатиона А заметно выше и составляет 555 кДж/моль (для сравнения: DHf (IIа)=449 кДж/моль, DHf (IIб)=334 кДж/моль, DHf (IIв)=222 кДж/моль). Рассчитанные энтальпии реакций (табл. 2.3) свидетельствуют об экзотермичности процесса присоединения арилсульфокатиона к пиперидин-4-ону. Известно, что ацилирование и арилирование аминов является нуклеофильным процессом, который в зависимости от условий и строения реагентов может осуществляться как по SN1, так и по SN2 механизмам. Интересным представлялось изучить реакцию образования 1-арил-сульфонилпиперидин-4-онов, для чего был применен квантово-химический подход с использованием полуэмпирических методов РМ3 и АМ1.
Синтез комбинаторной библиотеки карбдиамидов на основе 4-(6-R- бензо[d]тиазол-2-ил)фениламинов
Приоритетным направлением фармацевтической химии на сегодняшний день является целенаправленный синтез структур с заранее заданными свойствами. В то же время, предугадать механизм взаимодействия лигандов с рецепторами живой клетки невозможно, поэтому физиологическая активность соединения может быть доказана лишь путем биологических испытаний. Комбинаторная химия в этом аспекте раскрывает большие возможности, так как позволяет путем модификации той или иной функциональной группы получать широкий спектр соединений, параллельный скрининг которых оптимизирует поиск веществ с потенциальной биологической активностью. Одной из таких групп является аминогруппа, которую легко трансформировать в сульфамидную, карбамидную, карбдиамидную группы, обладающими, как известно, фармакофорными свойствами. Таким образом, синтез билдинг-блока, содержащего аминогруппу, позволяет получить на основе базисной молекулы большой массив соединений.
В качестве такой базовой структуры нами был выбран 5-[(R-фенил) сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-амин. При поиске новых соединений-лидеров и их оптимизации химия лекарственных веществ всегда следует принципу: сходные вещества должны проявлять сходную биологическую активность. Содержание в структуре билдинг-блока пиперидинового фрагмента, входящего в состав многих алкалоидов (пиперина, алкалоидов болиголова, граната, растений арека, группы морфина [131], а также тиазольного цикла, который входит в состав витамина В1, пенициллина, фермента карбоксилазы, сульфамидного препарата – сульфатиазола (норсульфазола), обладающего сильным бактерицидным действием [132], и других природных веществ, с высокой вероятностью предполагает наличие биологической активности у полученных на его основе соединений. В настоящее время выделяют четыре основных типа медицинских химических фильтров для удаления соединений, содержащих группировки, несовместимые с разработкой лекарственных средств. В таблице 1 (Приложение 2) указаны функциональные группы, содержание которых в билдинг-блоке нежелательно в виду их нестабильности или токсичного действия (галогенангидриды, гидразины, альдегиды и др.). В таблице 2 (Приложение 2) выделено 30 классов веществ, считающихся на основе медико-химических исследований токсичными, канцерогенными и т.д. Применение этого фильтра обычно зависит от дополнительной информации о целях разработки комбинаторных библиотек. В то же время к фильтрам по токсичности, цитотоксичности, мутагенности и канцерогенности следует подходить с осторожностью и применять их с огромной тщательностью. Большое число различных фильтров может привести к удалению слишком многих ложных положительных результатов (например, нетоксичных, которые были сочтены токсичными). Для проведения синтеза амидов и карбдиамидов на основе 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидротиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов, отве-чающих требованиям медицинской химии и имеющие благоприятный набор основных молекулярных дескрипторов, с помощью программы ChemoSoft (Chemical Diversity Labs, Inc.) была получена виртуальная комбинаторная библиотека. Принято считать, что молекулы биологически активного вещества претерпевают в организме ряд физико-химических и химических превращений: растворение, сорбцию, распределение, связывание, химическую реакцию, выделение и т.д. Очевидно, что любой из этих этапов или их сочетание в каждом конкретном случае может определять направленность фармакологического действия вещества или является лимитирующей стадией суммарного эффекта, определяемого как биологическая активность [133]. Наиболее важными параметрами соединения-лидера с точки зрения возможности удачной его оптимизации в активное, селективное, орально биодоступное и нетоксичное лекарство являются молекулярная масса и липофильность. Как правило, молекула-кандидат в лекарство в ходе оптимизации увеличивается в размерах и становится более липофильной [134-139]. Существуют рекомендации [140] о том, что соединение-лидер должно иметь молекулярную массу менее 350, и липофильность, выражаемую как logP (P – коэффициент распределения в системе н-октанол / вода), менее 3. Вместе с тем, известное «правило пяти» Липински требует, чтобы лекарство имело молекулярную массу не более 500, липофильность logP 5, число доноров водородной связи в молекуле не выше пяти и не более 10 атомов азота и кислорода (грубая оценка числа акцепторов водородной связи) [119]. Если два или более из этих требований не будут соблюдены, существует большой риск плохой биодоступности соединения.
Другие группы исследователей рассматривают в качестве факторов, определяющих биодоступность, [141, 142] площадь полярной поверхности молекулы и ее гибкость, выражаемую числом связей, вокруг которых возможно вращение [143].
Нами были рассчитаны следующие дескрипторы: молекулярная масса (MW 500), число акцепторов водородной связи (На 10), число доноров водородной связи (Нd 5), коэффициент распределения вещества в системе 1-октанол/вода (logР 5), число нетерминальных вращающихся связей (RotB 10). Совокупность рассчитанных дескрипторов определяет потенциальные фармакокинетические свойства соединений. Рассчитанные величины указанных дескрипторов для некоторых соединений из библиотек амидов и карбдиамидов на основе 5-[(R-фенил)сульфонил]-4,5,6,7-тетрагидро-тиазоло[5,4-с]пиридин-2-аминов приведены в таблицах 4.1 и 4.2, соответственно.
Компьютерная оценка спектра биологической активности
Поиск новых потенциальных лекарственных препаратов связан с проведением трудоемких синтезов и дорогостоящих биологических испытаний, включающих доклиническую стадию, определение токсикологических характеристик, выявление сопутствующих и нежелательных побочных явлений мутагенного и канцерогенного характера и др. Зачастую эти затраты оказываются напрасными, так как новые синтезированные соединения не проявляют требуемой активности. Во избежание больших затрат времени и средств, весьма эффективным является проведение компьютерного скрининга. Методы, первоначально предложенные для прогноза спектра биологической активности, в настоящее время претерпели существенные изменения. Эти изменения базируются как на теоретическом анализе методики прогнозирования, так и на имеющемся опыте ее применения для поиска веществ с требуемыми свойствами [144].
Современная версия компьютерной системы предсказания спектра биологической активности PASS C&T (Prediction of Activity Spectra for Substances: Complex & Training) реализована в 1998 году [145]. Она включает в себя обучающую выборку, содержащую 46000 биологически активных веществ с известной биологической активностью, и охватывает 3678 фармакологических эффектов, механизмов действия, а также мутагенность, канцерогенность, тератогенность и эмбриотоксичность.
Для первоначальной оценки биологической активности полученных соединений было проведено компьютерное моделирование с помощью системы PASS. Анализ полученных данных показывает (Приложение 3, табл. 1-20), что для целого ряда соединений прогнозируется достаточно широкий спектр видов активности, что делает их перспективными для дальнейшего биологического тестирования. С наибольшей вероятностью прогнозируются такие виды биологической активности, как нейропротекторная ( 85%), антиишемическая ( 80%), антитромбоцитарная ( 65%), а также активность в качестве киназного ингибитора ( 70%), антиконвульсанта (71%), антагониста рецепторов ГАМК( 60%).
Анализ особенностей строения исследуемых соединений позволил выявить структурные группы, усиливающие тот или иной вид активности. Так, из данных рис. 4.1 видно, что на увеличение нейропротекторных свойств влияет диоксиметиленовая группа (Pi=86%).
Причем, наличие метоксигруппы в ароматическом кольце, содержащем сульфогруппу, приводит к уменьшению вероятности проявления данного вида активности (рис. 4.2): для соединения 6г5 (м-ОСН3) Pi = 82%. Такая же закономерность проявляется и для антиишемической активности, а также свойств сердечнососудистого аналептика.
Противомикробную активность изучали по отношению к грамотрицательным бактериям кишечной палочки Escherichia coli и почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, проникающей в растительные клетки и встраивающей свой генетический материал в геном растения, что приводит к образованию корончатого галла, нарушающего нормальный рост растения.
Испытания проводились согласно методическим рекомендациям к контролю питательных сред по биологическим показателям [147, 148]. Растворы исследуемых веществ добавлялись в состав питательных сред в различных концентрациях. Контрольным образцом были чашки с нейтральным питательным агаром без добавления веществ. По 0.1 мл взвеси культуры из шестого разведения (что соответствует 1000 микробных клеток в 1 мл) вносили на чашку с контрольным агаром для определения числа жизнеспособных микробных клеток в посевной дозе и изучения их биологических свойств, и на среды с добавлением изучаемых растворов.
После 24–х часовой инкубации в термостате при 37 С (для Agrobacterium tumefaciens температурный режим культивации 26 С) проводили учёт результатов. Оценка экспериментальных питательных сред с добавлением испытуемых растворов осуществлялась по совокупности показателей: чувствительности среды (число колоний, выросших на чашках), биологических свойств микроорганизмов (размер колоний, морфология клеток) (рис. 1–6, Приложение 4).
За действующую дозу принимали минимальную подавляющую концентрацию (МПК) соединений – максимальное разведение, приводящее к полному подавлению развития бактериальных тест-культур. Полученные результаты представлены в таблицах 4.3 и 4.4. Бактериостатический эффект исследованных соединений сравнивали с действием этакридина лактата и фурацилина. Установлено, что все изученные соединения обладают противомикробной активностью, которая наиболее выражена у соединений 6г3 и 6г5.
По силе действия все исследуемые соединения соизмеримы с фурацилином и значительно превосходят препарат сравнения – этакридина лактат, нашедший широкое применение в качестве наружных профилактических и лечебных антисептических средств в хирургии, гинекологии, урологии, офтальмологии, дерматологии, отоларингологии [148].
![Синтез, строение, свойства аддуктов[60]фуллерена с органическими азидами, содержащими электроноакцепторные заместители](/i/i/4257/445960.png "Синтез, строение, свойства аддуктов[60]фуллерена с органическими азидами, содержащими электроноакцепторные заместители Юсупова Гульшат Гумаровна")
