СИНТЕЗ І ДОСЛІДЖЕННЯ БІОЛОГІЧНОЇ АКТИВНОСТІ СТРУКТУРНИХ АНАЛОГІВ ЕПІФІЗАРНОГО ГОРМОНУ МЕЛАТОНІНУ ТА ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК НА ЇХ ОСНОВІ

Краткое описание

Міністерство охорони здоров’я україни
НАЦІОНАЛЬНИЙ ФАРМАЦЕВТИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

РЕДЬКІН РУСЛАН ГРИГОРОВИЧ

УДК: 542.91 : 547.751/.752:547.755/.757

Синтез і дослідження біологічної активності структурних аналогів епіфізарного гормону мелатоніну та гетероциклічних сполук на їх основі

15.00.02 фармацевтична хімія та фармакогнозія

Дисертація
на здобуття наукового ступеня
кандидата фармацевтичних наук

Науковий керівник:
Шемчук Леонід Антонович
доктор хімічних наук, професор

Харків 2008

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ ...

5

ВСТУП . ...

6

РОЗДІЛ 1. РОЛЬ ТА ЗНАЧЕННЯ МЕЛАТОНІНУ ДЛЯ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ. СТРУКТУРНІ АНАЛОГИ МЕЛАТОНІНУ, ЇХ СИНТЕЗ ТА БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ) ...

11

1.1.

Мелатонін, його структурні аналоги та їх класифікація

11

1.2.

Методи синтезу структурних аналогів мелатоніну, що містять індольноетиламіновий фармакофор

14

1.3.

Методи синтезу структурних аналогів мелатоніну, що базуються на простій модифікації структури мелатоніну ..

25

1.4.

Синтез аналогів мелатоніну, що містять 2,3-дигідропірановий, хромановий або 4-оксо-4,5-дигідрофурановий цикли .

30

1.5.

Синтез похідних 2-аміно-4Н-пірану, потенціальних мелатонінергічних лігандів.

32

1.6.

Біосинтетичний зв'язок мелатоніну з L-триптофаном, синтез деяких ацильних похідних L-триптофану ..

36

1.7.

Біологічна активність мелатоніну та його структурних аналогів

39

РОЗДІЛ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ...

49

2.1

Синтез напівпродуктів

49

2.2

Методи досліджень ..

50

2.2.1 Фізико-хімічні методи досліджень

50

2.2.2. Біологічні методи досліджень ...

51

РОЗДІЛ 3. Синтез споріднених мелатоніну сполук на основі ацильних похідних L-триптофану та 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, які містять залишки антранілової та щавлевої кислот ...

57

3.1.

Синтез ацильних похідних L-триптофану, які містять залишки антранілової та щавлевої кислот.

57

3.2.

Синтез похідних 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти

68

Експериментальна частина ...

72

ВИСНОВКИ

76

РОЗДІЛ 4. Синтез 4,3′-спіро-2-оксоіндолініл похідних конденсованих 2-аміно-3R-4H-піранів, які містять структурно закріплений аміноалкільний фармакофор.

77

4.1.

Синтез конденсованих 4,3′-спіро[(2-аміно-3R-4Н-пірано)-2'-оксоіндолів..

77

4.2.

Синтез спіроциклічних 2-оксоіндольних похідних 2-аміно-4Н-пирану, конденсованих із піразольним ядром .

101

Експериментальна частина.

122

ВИСНОВКИ.

127

РОЗДІЛ 5. Синтез 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону, які містять структурно закріплений аміноалкільний фармакофор

128

Експериментальна частина ..

146

ВИСНОВКИ

149

РОЗДІЛ 6. Дослідження біологічної активності синтезованих сполук

150

6.1.

Вивчення антиоксидантної та гепатопротекторної активності .

150

6.2.

Дослідження антиексудативної дії

160

6.3.

Вивчення протимікробної активності в ряду 5-бром- та 5-нітропохідних конденсованих 4,3′-спіро[(2-аміно-3-R-4Н-пірано)-2'-оксоіндолів .

164

6.4.

Дослідженння антикоагулянтної активності 4,3'-спіро[(2-аміно-3R-4,5-дигідропірано[3,2-c]хромен-5-он)-2'-оксоіндолів] .

167

6.5.

Дослідженння гіпоглікемічної активності синтезованих сполук ..

170

висновки ..

172

загальні висновки

174

список використаних джерел .

176

додатки .

198

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

Ac

ацетил

Ar

арил

Et

етил

Me

метил

МТ

мелатонін

Ph

феніл

R

вуглеводневий радикал

ДМФА

диметилформамід

ТГФ

тетрагідрофуран

см-1

зворотній сантиметр

Δ

нагрівання

Тпл.

температура плавлення

ЯМР

ядерний магнітний резонанс

АРТ

Attached Proton Test (тест на приєднані протони)

м. ч.

мільйонні частки

РСА

рентгеноструктурний аналіз

CCDC

Cambridge Crystallographic Data Centre (Кембриджський банк структурних даних)

ЛД50

середньосмертельна доза

EД50

ефективна доза

АНД

аналітичний нормативний документ

БАР

біологічно активні речовини

ЛЗ

лікарські засоби

АОС

антиоксидантна система

МКП

масовий коефіцієнт печінки

ТБК

тіобарбітурова кислота

GSH

відновлений глутатіон

ПОЛ

перекисне окислення ліпідів

МПК

мінімальна пригнічуюча концентрація

ВСТУП
Актуальність теми. Конструювання нових БАР на основі молекул ендогенних метаболітів перспективний напрямок пошуку нових лікарських препаратів та встановлення закономірностей залежності фармакологічної активності від структури молекул. Нейрогормон епіфізу мелатонін (МТ) є цікавим об’єктом для подібного підходу в конструюванні БАР та одним з еволюційно найдавніших біохімічних речовин, яка виконує функції регулятора пігментації, біоритмів, процесів апоптозу, старіння та антиоксидантних систем організму. Активне вивчення МТ розпочалося з моменту його відкриття Lerner et al. у 1959 р. Як лікарський засіб адаптогенної та легкої снодійної дії МТ використовується у міжнародній та вітчизняній медичній практиці.
Сучасні підходи у вивченні фізіології та фармакології МТ-рецепторів базуються на синтезі так званих структурних аналогів МТ. Цей напрямок привернув увагу багатьох дослідників та дав змогу відкрити нові лікарські препарати, зокрема, перший мелатонінергічний антидепресант безіндольної структури, аналог МТ агомелатін (мелітор), та нові фармакологічні класи сполук агоністи та антагоністи МТ-рецепторів (лузіндол, похідні 4-феніл-2-амідотетраліну та 3-амінопірану).
У зв’язку з цим, у наведеній роботі було заплановано здійснити синтез нових структурних аналогів МТ, які містять аміноалкільний фармакофор, присутній у молекулі МТ та інших індоламінів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт Національного фармацевтичного університету (Хімічний синтез, виділення та аналіз нових фармакологічно активних речовин, встановлення зв’язку структура дія”, створення нових лікарських препаратів”, номер державної реєстрації 0198U007011) та проблемної комісії Фармація” МОЗ України.
Мета і завдання досліджень. Мета роботи пошук нових структурних аналогів МТ серед ацильних похідних L-триптофану, 2-[2-(1H-індол-3-іл)- 2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, 4,3′-спіро-2-оксоіндоліл-похідних 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону, які містять аміноалкільний фармакофор.
Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні завдання:
здійснити синтез оксамоїльних похідних N-антраноїл-L-триптофану на основі метилового естеру L-триптофану та відповідних похідних 3,1-бензоксазінону-4;
розробити методи синтезу 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти на основі 3-індолілгліоксилхлориду, антранілової кислоти та її функціональних похідних;
запропонувати препаративний метод синтезу 4,3′-спіро-2-оксоіндолініл- похідних конденсованих 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону, які містять структурно закріплений аміноалкільний фармакофор;
вивчити фізико-хімічні властивості одержаних сполук;
провести фармакологічний скринінг синтезованих речовин, дослідити закономірності зв’язку «хімічна структура біологічна активність»;
при виявленні речовин, перспективних для подальших поглиблених фармакологічних випробувань, запропонувати методики ідентифікації та кількісного визначення речовини в субстанції цієї сполуки, які можуть бути використані при створенні АНД.
Об’єкти досліджень ацильні похідні L-триптофану, аміди 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, 4,3′-спіро-2-оксоіндоліл похідні 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідні 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону.
Предмет досліджень методи синтезу, фізико-хімічні та біологічні властивості ацильних похідних L-триптофану, 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, 4,3′-спіро-2-оксоіндолініл похідних 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону.
Методи дослідження синтез сполук з використанням різноманітних хімічних реакцій (алкілування, ацилування, амідування, конденсації та ін.); доведення структури синтезованих сполук фізико-хімічними методами аналізу (РСА, спектроскопіі УФ-, ІЧ-, ЯМР1Н, ЯМР13С, мас-спектрометрії); вивчення біологічних властивостей з використанням стандартних методик; аналіз одержаних результатів та їх узагальнення.
Наукова новизна. Вперше досліджено реакцію метилового естеру N-(2-амінобензоїл)-L-триптофану з етоксалілхлоридом та амідування одержаного метилового естеру N-[2-(етоксаліламіно)бензоїл]-L-триптофану. Встановлено, що при амідуванні аліфатичними амінами реакція перебігає регіоселективно, винятково по етоксалільному фрагменту молекули.
Запропоновано спосіб одержання функціональних похідних 2-[2-(1H-індол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти на основі реакції ацилування антранілової кислоти та її похідних 3-індолілгліоксилхлоридом.
Досліджено трикомпонентну конденсацію ізатинів з метиленактивними нітрилами та відповідними 1,3-дикетонами (циклогексан-1,3-діоном, димедоном, ацетилацетоном), а також їх гетероаналогами (4-гідроксикумарином, 3-метилпіразолоном-5) в умовах основного каталізу. У випадку 4,3'-спіро[(6-аміно- 5-R-3-метил-2,4-дигідропірано[2,3-с]піразоло)-2'-оксоіндолів] детально досліджено молекулярну будову методом РСА, та доведено, що у кристалічному стані молекули синтезованих сполук існують у вигляді 2Н,4Н-ізомеру.
Вперше досліджено трикомпонентну конденсацію 3-форміліндолу з метиленактивними нітрилами, 1,3-дикетонами, анілідами 1,3-дикетонів та їх гетероаналогами. Методом РСА досліджено 2-аміно-3-ціано-4-(1H-індол-3-іл)- 5-оксо-5,6,7,8-тетрагідро-4H-хромен та встановлено, що синтезовані сполуки представляють собою рацемати, а тому використана для синтезу трикомпонентна конденсація не є енантіоселективною, що узгоджується з теоретичними поясненнями перебігу механізму 1,3-циклоприєднання. У результаті проведених досліджень синтезовано понад 90 неописаних у літературі сполук, будову яких доведено методами УФ-, ІЧ-, ЯМР1Н, ЯМР13С спектроскопії, мас-спектрометрії, даними елементного аналізу, РСА.
Вперше одержано дані про біологічну активність (антиоксидантну, гепатопротекторну, протизапальну, антикоагулянтну, протимікробну, цукрознижуючу активність) синтезованих ацильних похідних L-триптофану, 4,3′-спіро-2-оксоіндоліл похідних 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону. Знайдено сполуку з протизапальною та антиоксидантною активністю (патент України на корисну модель 28017 від 26.11.07), а також сполуку з антиоксидантною та гепатопротекторною активністю (патент України на корисну модель 28811 від 25.12.07).
Практичне значення одержаних результатів. Для подальших поглиблених фармакологічних досліджень запропоновано протизапальний засіб з антиоксидантними властивостями 4,3΄-спіро[(2-аміно-3-ціано-5,6,7,8-тетрагідро-4H-хромен-5-он)-2΄-оксоіндол], на який розроблено проект АНД. Результати досліджень зв’язку «структура біологічна активність» синтезованих сполук, які містять аміноалкільний фармакофор, а також препаративні методики їх одержання мають практичне значення для здійснення цілеспрямованого пошуку БАР структурних аналогів мелатоніну. Отримані результати впроваджені у навчальний процес та науково-дослідну роботу ряду профільних ВНЗ України.
Особистий внесок здобувача. У наукових працях, опублікованих зі співавторами Шемчуком Л.А., Черних В.П., Шишкіним О.В., Шишкіною С.В., Березняковою А.І., Диким І.Л., Крижною С.І., Тіщенко І.Ю., Березняковим В.І. Репетєвою О.В., Земляним Г.М. особисто автором виконані:
· пошук та аналіз даних літератури щодо методів синтезу, хімічних властивостей і біологічної активності МТ та його структурних аналогів;
· експериментальна синтетична частина роботи, викладена в дисертації, виконана особисто автором;
· обробка, аналіз та оформлення результатів синтетичних, фізико-хімічних та біологічних досліджень.
Апробація результатів дисертації. Основний зміст дисертаційної роботи доповідався на VI Національному з‘їзді фармацевтів України (Харків, 2005), International Conference on chemistry of nitrogen containing heterocycles (Харків, 2006), II Міжнародній науково-практичній конференції «Створення, виробництво, стандартизація, фармакоекономічні дослідження лікарських засобів та біологічно активних добавок» (Харків, 2006), Всеукраїнській науково-практичній конференції з міжнородною участю «Сучасні досягнення фармацевтичної науки та практики» (Запоріжжя, 2006); Науково-практичній конференції з міжнародною участю «Ліки людині» (Харків, 2007), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Актуальні питання створення нових лікарських засобів» (Харків, 2007), ХХІ Українській конференції з органічної хімії (Чернігів, 2007).
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковано у 15 працях, з них 6 статей, 2 патенти України на корисну модель і 7 тез доповідей.
Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, огляду літератури, 5 розділів експериментальних досліджень, загальних висновків, списку використаної літератури, додатків. Загальний обсяг дисертації становить 198 сторінок, з них 120 сторінок основного тексту. Робота ілюстрована 57 схемами, 41 рисунком, 35 таблицями. Перелік використаних джерел літератури містить 209 найменувань, серед яких 166 іноземні.

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Вперше синтезовано ацильні похідні L-триптофану, 2-[2-(1H-індол-3-іл)- 2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, 4,3′-спіро-2-оксоіндол-3-іл похідних 2-аміно- 3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону, які містять структурно закріплений аміноалкільний фармакофор подібно до молекули МТ.
2. Запропоновано новий спосіб синтезу метилового естеру дипептиду N-(2-амінобензоїл)-L-триптофану та амідоестерів оксамоїльних похідних N-антраноіл-L-триптофану на основі метилового естеру L-триптофану та відповідних похідних 3,1-бензоксазінону-4.
3. Розроблено метод синтезу функціональних похідних 2-[2-(1H-індол-3-іл)- 2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти, на основі реакції ацилування вільної антранілової кислоти та її похідних 3-індолілгліоксилхлоридом. Встановлено, що ацилування антраніламіду 3-індолілгліоксилхлоридом відбувається одночасно з циклодегідратацією, тоді як заміщені антраніламіди дають лише відповідні аміди 2-[2-(1H-ндол-3-іл)-2-оксоацетиламіно]бензойної кислоти.
4. Запропоновано препаративний метод синтезу 4,3′-спіро-2-оксоіндолін-3-іл похідних конденсованих 2-аміно-3-R-4H-піранів, 4-(індол-3-іл) похідних 2-аміно-4Н-пірану та 2-аміно-4,6,7,8-тетрагідро-1Н-хінолін-5-ону на основі трикомпонентної конденсації ізатинів з метиленактивними нітрилами та відповідними 1,3-дикетонами, а також їх гетероаналогами в умовах основного каталізу. Проведено порівняльний аналіз методу синтезу цільових сполук на основі трикомпонентної конденсації з їх альтернативним способом синтезу конденсацією 3-індоліл-2-R-акрилонітрилів або 2-оксоіндолін-3-іліденових похідних з відповідними карбонільними сполуками в реакції Міхаеля, на підставі чого один з них рекомендовано як препаративний.
5. Будову синтезованих речовин підтверджено елементним аналізом, даними спектроскопії ЯМР1Н, ЯМР13С, мас-спектрометрії, РСА. У результаті виявлено особливості просторової будови 4,3′-спіро-2-оксоіндолін-3-іл та 4-(індол- 3-іл)похідних 2-аміно-3-R-4H-пірану.
6. У результаті фармакологічного скринінгу виявлено сполуки з антиоксидантними, протизапальними, антикоагулянтними та цукрознижуючими властивостями. Встановлено, що присутність алкіламінового фармакофора в молекулі сприяє виявленню антиоксидантного та гепатопротекторного ефекту подібно до МТ, який найбільш виражений серед 4,3′-спіро-2-оксоіндолін-3-іл похідних конденсованих 2-аміно-3-R-4H-пірану.
7. Для подальших досліджень рекомендовано дві сполуки: сполука з високою антиоксидантною та гепатопротекторною активністю 4,3΄-cпіро[(6-аміно- 5-карбетоксі-3-метил-2H,4H-пірано[2,3-c]піразоло)-N΄-бензил-2΄-оксоіндол], і сполука з антиоксидантною дією та високим протизапальним ефектом 4,3΄-спіро[(2-аміно-3-ціано-5,6,7,8-тетрагідро-4H-хромен-5-он)-2΄-оксоіндол], на яку розроблено проект АНД. Пріоритет та новизну винаходу доведено двома патентами на корисну модель.