Автореферат и диссертация по медицине (14.04.02) на тему:Синтез и изучение взаимосвязи "структура-активность" производных 1,3-диазинона-4, содержащих остатки аминокислот и дипептидов

4846358

ЗОЛОТЫХ ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ

Синтез и изучение взаимосвязи «структура-активность» производных 1,3-диазинона-4, содержащих остатки аминокислот и дипептидов

14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

1 2 МАЙ 2011

ПЯТИГОРСК 2011

4846358

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пятигорская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Ведущая организация-. ГОУ ВПО Пермская ГФА Росздрава Защита состоится «26» мая 2011 года в 9:00

на заседании диссертационного совета Д 208.069.01. при ГОУ ВПО Пятигорской ГФА Росздрава (357532, Ставропольский край, Пятигорск, пр. Калинина, 11).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Пятигорской ГФА Росздрава (357532, Ставропольский край, Пятигорск, пр. Калинина, 11).

Автореферат разослан «_»__2011 г

Ученый секретарь

диссертационного совета / --' Е.В. Компанцева

Научный руководитель: доктор фармацевтических наук, профессор

Оганесян Эдуард Тонтович

Официальные оппоненты:

Доктор фармацевтических наук, профессор Лазарян Джон Седракович

Доктор фармацевтических наук, профессор Дроздова Ирина Леонидовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Поиск новых противовоспалительных, жаропонижающих и анальгетических лекарственных средств представляет большой интерес для фармацевтической науки, так как эта проблема является актуальной в настоящее время для ряда заболеваний. Однако эмпирический поиск таких средств является трудоемким и нерациональным. В то же время методы компьютерного моделирования позволяют в значительной степени снизить как материальные, так и временные затраты в процессе поиска нестероидных противовоспалительных лекарственных средств (НПВС). С этой точки зрения заслуживают внимания производные оксопиримидинов и их бензаннелированных систем. В современной литературе приведено множество работ (Б.К. БаЬи, 2008), включая самые последние, где описаны исследования выше указанных видов активности для производных 4-оксопиримидина и хиназолинона-4. Указанные группы соединений рассматриваются как перспективные для разработки новых НПВС. Интерес к данной группе гетероциклических соединений обусловлен еще и тем, что они структурно близки к пиримидиновым основаниям ДНК и РНК.

При синтезе производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога хиназолинона-4 в зависимости от структуры исходного аминного компонента удается получать целевые соединения, содержащие разные заместители при гетероатоме азота. С этой точки зрения представляется целесообразным использовать такие аминные компоненты, как дипептиды, а также аминобензойные кислоты. Следовательно, использование методов молекулярного моделирования в целенаправленном синтезе новых производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога является актуальным, так как создает предпосылки для получения структурно близких к эндогенным соединениям веществ с заданными биологическими свойствами.

Цель и задачи исследований. Целью наших исследований является синтез новых производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога -хиназолинона-4 с использованием в качестве аминных компонентов, аминокислот и дипептидов.

Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- на основе логико-структурного подхода (ЛСП) осуществить обоснование структур целевых соединений и с помощью компьютерной программы PASS с предлагаемыми фармакологическими свойствами;

- используя компьютерную программу Molegro Virtual Docker, рассчитать возможное взаимодействие лиганд-рецептор;

- предположить модели для соединений с определенными видами фармакологической активности;

- осуществить синтез прогнозируемых целевых структур и провести последующий фармакологический скрининг полученных соединений;

- оптимизировать методы синтеза производных 4-оксо-1,4-дигидропиримидина и хиназолинона-4;

- выявить корреляционную зависимость между квантово-химическими параметрами синтезируемых соединений и значениями биологической активности.

Научная новизна. На основании изучения молекулярных дескрипторов и использования методов молекулярного моделирования разработан комплексный подход к созданию веществ с противовоспалительными и аиальгетическими свойствами, что также позволяет выявлять соединения-лидеры. Изучена вероятность взаимодействия целевых соединений с ГАМК(А) рецептором и циклооксигеназой И. На основе этих данных предложен критерий отнесения 4-окоспиримидинов и хиназолинонов-4 к агонистам и/или антагонистам ГАМК(А) рецепторного комплекса. Использование молекулярного докинга и молекулярных дескрипторов позволило построить прогностические модели

противовоспалительной и анальгетической активности, а также выявить предполагаемые соединения-лидеры.

Применение полярных апротонных растворителей позволило птимизировать методы синтеза производных 1,3-Диазинона-4, а именно овысить выход целевых продуктов. На примере взаимодействия Ы-ацетил-2-. енилацетацетамида с п-аминобензойной кислотой доказан механизм еакции и получены ранее неописанные ациклические предшественники [назолинона-4 на основе у-аминомасляной, а также п-, о- и м-шнобензойных кислот.

Фармакологический скрининг синтезированных соединений позволил ьтявить вещества, превышающие по антиэкссудативной и анальгетической ктивности индометацин и кетонал. В ходе фармакологического изучения одтверждена достоверность прогноза соединения-лидера, что в свою чередь свидетельствует о точности построенной модели прогноза ротивовоспалительной активности. Получено вещество, характеризующееся озбуждакмцим действием на ЦНС, превышающим кофеин, а также ещество, проявляющее угнетающее действие, сопоставимое с эффектом миназина. Изучены количественные соотношения «структура-ротивовоспалительная активность» и выявлен . ряд молекулярных ескрипторов, на основе которых можно эффективно прогнозировать ротивовоспалительную и анальгетическую активности.

Практическая значимость работы. Полученные прогностические одели и результаты фармакологической активности могут быть спользованы в целенаправленном синтезе различных прогнозируемых руктур, представляющих собой производные 4-оксопиримидина, назолинона-4 и других диазинов, содержащих остатки аминокислот и пептидов.

Внедрение результатов в практику. На соновании полученных зультатов оставлено информационное письмо «Обоснование обходимости фармакологического исследования производных 1,35

диазинона-4 с остатками аминокислот и дипептидов, а также их ациклических предшественников», которое вместе с соединениями-лидерами переданы на кафедры фармакологии, биологии, физиологии и патологии ГОУ ВПО «Пятигорская ГФА Роздрава» для более углубленных доклинических исследований.

Положения, выдвигаемые на защиту:

- обоснование структур производных 4-оксопиримидина и хиназолинона-4;

- построение прогностических моделей предполагаемых видов биологической активности;

- доказательство механизма, синтеза и структур целевых соединений;

- модификация метода синтеза производных хиназолинона-4 и 4-оксопиримидина;

- закономерности взаимосвязи структура-активность на основе данных фармакологического скрининга.

Связь задач исследования с проблемами фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Пятигорской государственной фармацевтической академии (номер государственной регистрации 01.02.001.00.455.

Апробация работы и публикации. Основные фрагменты диссертационной работы доложены на 63-й, 64-й, 65-й региональных конференциях по фармации, фармакологии и подготовке кадров (Пятигорск, 2008,2009,2010). По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы (1 глава), трех глав собственных исследований, общих выводов и списка литературы, включающего 114 источников, в том числе 82 иностранных; содержит 38 таблиц, 15 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В рамках современной фармацевтической химии существует множество методов и приемов, позволяющих осуществлять структурный прогноз целевых соединений и их биологическую активность. Использование акого подхода является неотъемлемой частью исследований, посвященных еленаправленному поиску новых биологически активных соединений.

Известно, что ядро 1,3-диазинона-4 характеризуется структурной лизостью с эндогенными пиримидиновыми основаниями, что в начительной степени определяет широкий спектр фармакологической ктивности его производных. Бензаннелированный аналог - хиназолинон-4 и го замещенные производные в настоящее время рассматриваются в качестве «стероидных противовоспалительных соединений, влияющих на иклооксигеназу-2. Прогнозируя целевые соединения (таблица 1), мы оставили перед собой задачу ввести в ядро основного фармакофора -иназолинона-4 остатки некоторых ароматических и алифатических [инокислот, а также дипептидов в нуклеозидное положение.

аблица 1 - Структурные формулы прогнозируемых производных иназолинона-4

О

абораторный шифр Я1 К2 ю

,70МСС -СИ, -СН2 -СО-МН- сн2-соон -ОСНз

,7(ЗМрА8К -СНз -СХ он -ОСНз

РЬСв -свн5 -сн2 -со-ин- сн2-соон -Н

РИСТ -с6н5 н —сн^-со-ж-с-соон сн2 с„н,он -Н

Р1гА.1а-Уа1 -ад —мч-сн-сож-^н-соон н,с'сн-сн, -н

6,7QMpBK -СНз -OCH3

QPhNH -csH5 -H -H

QPhGGG H M HOOC'H2 ^NH -H

С помощью компьютерной программы PASS установлено, что для прогнозируемых производных следует ожидать жаропонижающую и анальгетическую активность с вероятностью их проявления ~ 50%. На основе молекулярного докинга с использованием различных молекулярных дескрипторов нами создана модель прогноза противовоспалительной активности и определены соединения-лидеры. Рассчитана общая энергия взаимодействия лиганда с ферментом ЦОГ2 (энергия докинга). Расчет осуществлялся на модели циклооксигеназы мыши, идентификатор записи PDB 1РХХ; данные заимствованы с сайта www.rcsb.org. В результате нами выявлены аминокислотные остатки в активном центре фермента (Ala 527, Leu 352, Phe 518, Val 349, Val 523), с которыми возможно, имеет место взаимодействие анализируемых соединений. При построении модели в качестве обучающей выборки нами использованы описанные в литературе производные хиназолинона-4 с доказанной противовоспалительной активностью.

В качестве соединений тестовой выборки использовали синтезированные нами производные хиназолинона-4, представленные в таблице 2.

Для построения статистической модели использовали линейную и квадратичную регрессии. Независимыми переменными служили дескрипторы; в качестве зависимой переменной использовали логарифм

биологической активности. Качество моделей оценивали с помощью параметров Я2 и С^2, характеризующих, соответственно, описательную и прогностическую способности. Для оценки обучающей выборки осуществлена кросс-валидация по методу исключения объектов по одному. Прогностическая способность модели характеризовалась величиной причем модель квадратической регрессии оказалась более достоверной, чем инейной регрессии, о чем свидетельствует величина С?2. С учетом полученных данных создана прогностическая модель противовоспалительной активности (таблица 2). аблица 2 - Прогноз противовоспалительном активности соединений

Лабораторный шифр значения биологической активности в % (уменьшение отека лапы животного)

QPhGG 29,57

QPhAla-Val 41,1

6,7QMpBK 11,93

QPhGT 64,3

6,7QMpASK 34,03

6/7QMGG 23,99

QPhGGG 28,94

QPhNH 21,64

оединением-лидером является QPhGT.

1спользуя ту же обучающую выборку, нами создана аналогичная модель для нальгетической активности на основе квадратической регрессии, оединением-лидером, как и в случае противовоспалительной активности, вляется QPhGT. Разработка моделей и проведение расчетов проводилось вместно с кандидатом фармацевтических наук, преподавателем кафедры изической и коллоидной химии ГОЙ ВПО Пятигорская ГФА Глушко A.A.

При синтезе 1,3-диазинонов-4 и их ациклических предшественников едставяялось целесообразным модифицировать реакцию клоконденсации, а также получить ряд новых производных.

Нами предложена модифицированная методика синтеза N-илкарбоксильного производного 2-фенилакриловой кислоты, ключающаяся в том, что К-ацетил-2-фенилацетоацетамида с ПАБК

осуществляется в среде диметилформамида. В среде ДМФА выход целевых соединений увеличивается на 5-15%. Модифицированная методика позволила синтезировать с более высокими выходами 2,6-диметилпроизводные 4-оксопиримидина на основе орто-, мета-, пара-аминобензойных кислот и метилового эфира антраниловой кислоты, а также получить ранее неописанные и труднодоступные 2,6-диэтилпроизводные - 3-(2,6-диэтил-4-оксо-5-фенил-4Н-пиримидин-1-ил) бензойная кислота (РОЕшВК), 4-(2,6-диэтил-4-оксо-5-фенил-4Н-пиримидин-1 -ил)бензойная кислота (РБЕрВК) и (2,6-диэтил-4-оксо-5-фенил-4Н-пиримидин-1-ил)бутановая кислота (РОЕОАВ). В таблице 3 представлены физико-химические параметры производных 4-оксопиримидина с остатками ароматических и алифатических аминокислот.

Таблица 3 - Физико-химические параметры новых М-арилкарбокси

производных 1,4-дигидро-4-оксопиримидина

А А

RNR

I

R1

№ R' R Выход % Т. пл. Rf Система* ИК-спектр УФ ^тах

Лаб. шифр с с=о С=С и ON HM.

3 PDEpBK Ф со он -с2н5 31,6 301 0,74 1703 1624 1578 1534 1505 204 252

6 PDEmBK ¿^соон -С2Н5 45,1 245 0,65 1717 1621 1564 1518 1507 202 251

13 PDM5ASK Ц^соон он -сн, 52 278 0,76 1715 1652 1599 1572 1515 212 252

14 PDEGAB -(СП2Ь-СООН -с2н. 53 187 0,53 1721 1708 1585 1570 1503 221 248

15

1тРОМрВК

85

153

0,81

1687 1647

1628 1682

202 256

16

РОМвС

-сн2 -со-ш- сн2 -соон

-СНз

82,5

258

0,13

(спирт)

0,16

(БУВ

1:4:5)

1697 1676 1622

1570 1523

214 253

17

РОМОО* НС1

-СН2 -СО-Ш- СНг -СООН

-СНз

35

301

0,21

(БУВ

1:4:5)

1715 1679 1621

1570 1523

217 245

18

РОЕСКЗ

-сн2 -со-

Ш- СНг -

соон

-с,н5

25

237

0,35 (спирт)

1720 1700 1690

1565 1526

204 241

Система*: этанол, (БУВ)-бутанол-уксусная кислота-вода (4:1:1)

Ранее в работах отдельных авторов было показано, что ациклические редшественники производных хиназолинона-4 удается получить в среде ликолей. В развитии этих исследований осуществлен синтез ациклических федшественрников 2-фенилхиназолинона-4 с остатками п-,о-,м-шнобензойной кислоты и ГАМК в среде ледяной уксусной кислоты с обавлением ДМСО. Это позволило установить, что при взаимодействии 2-енил-1,3-бензоксазинона-4 с ПАБК образуется амид о-бензоил-1инобензойной кислоты. Если же в реакции с ПАБК использовать 2-метил-,7-диметокси-1,3-бензоксазинон-4, то это приводит к формированию етероциклической системы хиназолинона-4.

Ниже представлены физико-химические свойства полученных оединений (таблица 4). аблица 4

изико-химические параметры ациклических предшественников роизводных хиназолинона-4 с остаками о-,м-,п-аминобензойных кислот у-аминомасляной кислоты

а

о

II

с— 1ЧН-11

№/о и лаб. шифр Я Выход % Т.пл с° Система* ИК-спектр УФ Хшах нм.

с=о N11 с=с

1 МсСЗРЬоВК бг"™ 51 (ЛУК) 38,8 (МЕГ) 263-264 0,72 (БУВ) 1694 1659 3127 1608 205 274

2 Ш}РЬтВК. л 67 (ЛУК) 32 (МЕГ) 261-262 0,74 (БУВ) 1681 1651 3263 1592 202 265

3 ШЗРЬрВК. соон 53 269-270 0,76 (БУВ) 1679 1649 3249 1591 207 272

4 ШЗРЬОАВ (СН2)4СОО н 56 160-161 0.791 17301 690 3205 1586 230, 255, 280, 320

Система*: этанол, этилацетат, (БУВ) бутанол-уксусная кислота-вода

(4-1-1)

Синтез производных 4-оксопиримидинов взаимодействием К-ацетил-р-кетоамидов с глицилглицином, а также методика синтеза ациклических предшественников нами разработана совместно с доцентом кафедры органической химии ГОУ ВПО Пятигорская ГФА, кандидиатом фармацевтических наук Кодониди И.П.

С целью интерпретации полученных нами данных изучены энергетические составляющие процесса формирования хиназолинона-4, где в качестве гетероциклического компонента реакции используется 2-метил-6,7-диметокси-1,3-бензоксазинон-4.

Квантово-химические расчеты осуществлялись в соответствии с условиями синтеза и с учетом диэлектрической проницаемости, а также температуры кипения ледяной уксусной кислоты (118 °С или 391°К), в среде которой протекает реакция.

Нами рассчитывалась энергия Гиббса, поскольку данный параметр характеризует стабильность образующихся промежуточных и конечных продуктов и указывает на возможность самопроизвольного течения процесса.

Первоначально рассмотрены вероятные пути протонирования исходного 2-метил-6,7-диметокси-1,3-бензоксазинона-4 (I) и рассчитаны

энергии образования двух возможных катионов II и III, как определяющих направление прохождения реакции:

Сопоставление данных квантово-химических расчетов приводит к выводу о протонировании гетероатома кислорода оксазина, что далее приводит к образованию термодинамически более устойчивого карбкатиона (V), который и определяет дальнейшее направление реакции, приводящее к получению циклического производного 2-метил-6,7-

диметоксихиназолинона-4.

Таким образом, совокупность экспериментальных данных и квантово-химических расчетов свидетельствуют о том, что реализуемый на практике синтез целевого хиназолинона-4 протекает при взаимодействии 2-метил-6,7-диметокси-1,3-бензоксазинона-4 с ПАБК, и соответствующий ациклический предшественник не образуется.

Нами получены новые производные 2-фенил- и 2-метил-6,7-диметоксихиназолинона-4 с остатками аминокислот и дипегггидов, физико-химические параметры которых представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Физико-химические характеристики производных 2-фсш1лхн11азоли-11оиа-4 с остатками ароматических аминокислот и дипептидов

ИК-спектр

Лаб. шифр Я1 я Ю Выход, % Т. пл "С Иг Система с=о М-Ы, С=С и с=к УФ ^тпах НМ

1 (}РЬШ СбН5 -н -Н 70 170 0,79 650 230 590 580 203 208 232 273

2 ОРЬвС ОН, -СН2 -СО->'Н- сн2 -соон -н 51 260 0,48 (спирт) 1715 1690 1665 3305 1564 1520 203 229 279

3 сзиют ОН5 —СНгСО-РЩ-С-СООН СП, 0,11,011 -н 67,15 253 0,53 (спирт) 1727 1664 1606 3298 1552 1518 203 227 278

4 др11А1аУа1 С6Н5 сн, —да-сн-согт-от-соо н.с'0"-™, -п 35 207 0,38 (спирт) 1707 1681 1661 3338 1621 1591 202 233 272 306

5 6,70МрВК -СНз ОС Н, 56 268 0,63 (спирт) 1671 1605 1595 1509 202, 206, 244

6 6,7()МрА5К -СНз -ск он ОС Нз 83 274 0,57 (спирт) 1657 1614 1591 1525 202, 235, 270

7 б^МССг -СНз -СН2 -СО-Ш- СН2 -СООН ОС Н, 85,7 280 0,42 (спирт) 1658 1611 1570 1570 1504 202, 243, 286, 311

Фармакологические исследования синтезированных соединений проводились на кафедре фармакологии, а также физиологии, биологии и патологии Пятигорской государственной фармацевтической академии. Определение острой токсичности проводилось по методу Кербера. По классификации Сидорова К.К. изучаемые вещества относятся к 4 классу «малотоксичные».

Нами в соответствии с прогнозом изучена противовоспалительная активность синтезированных соединений.

Таблица 6 - Противовоспалительная активность производных

хиназолинона -4 (М±т, п=б)

Группы животных Кол-во ЖИВОТНЫХ Экссудация, (мг) Экссудация, (%) Уменьшение экссудации (%) (100% - процент экссудации)

Контроль 6 397,0±11,2 -

#нндометащш 6 280±2,19 70,53 ± 0,55 29,47

$кстонал 6 326,5±1,35 82,24 ±0,34 17,76

дрьоо 6 214,5±3,87*#$ 54,03 ± 0,97*»$ 45,97

6,7дмаО 6 225±2,7*#$ 56,68 ±0,68*#$ 43,32

ЫсдРЬСАВ 6 291,33±17,8* 73,38 ±4,48» 26,62

ОРЬСТ 6 201,17±6,09*#$ 50,67 ± 1,53*#$ 49,33

дрЬА1а-Уа1 6 214±4,14*#$ 53,90 ± 1,04*«$ 46,1

6,70МрВК 6 214,5±4,95*#$ 54,03 ±1,25*#$ 45,97

ЫсОРЬтВК 6 290,83±13,5*$ 73,26 ±3,40*$ 26,74

№РРЬоВК 6 284,83±10,29*$ 71,75 ±2,59*$ 28,25

МсОРЬрВК 6 256,33±10,56*$ 64,56 ±2,66*$ 35,44

ОРМ\'Н 6 237,2±5,37*#$ 59,75 ±1,35*$ 40,25

бДОМрАБК 6 215,4±5,29*$ 54,26± 1,33*$ 45,74

Примечание: 1. * - р<0,05 по сравнению с контролем; # - р<0,05 по

сравнению с индометацином; $ - р<0,05 по сравнению с кетоналом

Наиболее выраженное противовоспалительное действие (таблица 6) характерно для вещества с лабораторным шифром (ЗРИСГ, что соответствует соединению-лидеру, представленному в прогностической части.

Все синтезированные соединения характеризуются антиэкссудативной активностью, превышающей препарат сравнения - кетонал. Соединения с лабораторным шифром 1^сС>РЬСАВ, Ыс(ЗРЬтВК и ЫсС^РЬоВК - не превышают действие индометацина. По сравнению с производными хиназолинона-4 соответствующие ациклические предшественники обладают менее выраженной противовоспалительной активностью, что свидетельствует о вкладе гетероциклического ядра в фармакологический эффект.

Изучено также влияние целевых соединений на болевую чувствительность.

Таблица 7 - Анальгетнческая активность производных хиназолинона-4

Контроль/вещество/препарат Количество корчей, М±т Количество корчей (%), М±ш

♦контроль 43,5±1,17 100,00 ±2,69

#анальгин 30,67±1,32 70,51 ±3,03

$кетонал 31,17±1,59 71,66 ±3,66

ОРЬСЮ 17,5±0,81*#$ 40,23 ±],86*#$

6,7рМвО 22,2±1,17*#$ 51,03±2,69*#$

ЫсОРЬОАВ 24,5±2,07*$ 56,32±4,76*#$

ОРЬСТ 18,33±1,38*$ 42,14±3,17*#$

0рЬА1а-Уа! 12,33±1,2*#$ 28,34±2,76*#$

6,70МрВК 19,5±2,25*#$ 44,83±5,17*#$

Ыс(}РЬтВК. 22,33±2,28*#$ 51,33±5,24*#$

№0Р11оВК 25±0,54*#$ 57,47 ±1Д4*#$

№рРЬрВК 21,83±2Д9*#$ 50,18± 5,03*#$

ОРЫМН 23,17±1,59*#$ 53,26 ±3,66*#$

бЛОМрАБК 20,61±2,83*# 47,38 ±6,64*#

Примечание: 1. * - р<0,05 по сравнению с контролем; # - р<0,05 по сравнению с анальгином; $ - р<0,05 по сравнению с кетоналом

Установлено (таблица 7), что все исследуемые вещества обладают достоверно выраженной анальгетической актйвностью по сравнению с контролем и с препаратами сравнения. Как и в случае противовоспалительной активности все синтезированные соединения характеризуются более выраженной анальгетической активностью, чем препараты сравнения. Ациклические предшественники хиназолинона-4 обладают меньшей активностью по сравнению с циклическими производными.

Изучено антипирогенное действие производных хиназолинона -4. По сравнению с циклическими производными синтезированные ациклические предшественники хиназолинона-4 обладают более выраженной жаропонижающей активностью, однако, они по действию не превышает соответствующие препараты сравнения (таблица 8).

Достоверно жаропонижающей активностью по сравнению с контролем обладает вещество Мс(}РЬтВК, активность которого в 2,2 раза меньше чем у анальгина и в 3 раза меньше чем у парацетамола. Вещества с лабораторным шифром 6,7(?МОО, МсС^РИоВК, ЫсОРЬрВК имеют тенденцию к снижению температуры. Остальные изучаемые соединения незначительно повышают температуру тела животного.

Таблица 8 - Жаропонижающая активность производных хиназол1шона-4 (M±m, п=6) ___

Контроль/препарат/вещество At+m, °C (%)

контроль 1,167±0,114 -

анальгин -0,55±0,063 47,1294

парацетамол -0,78±0,123 66,838

6,7QMGG -0,03±0,168 2,5707

NcQPhmBK. -0,25±0,099* 21,4225

NcQPhoBK -0,18±0,123* 15,4242

NcQPhpBK -0,08±0,123* 06,8552

Примечание: 1. * - р<0,05 по сравнению с контролем; # - р<0,05 по

сравнению с анальгином; $ - р<0,05 по сравнению с парацетамолом; «-» -жаропонижающее действие отсутствует.

Изучение острой токсичности, противовоспалительной, жаропонижающей и анальгетической активности проводилось совместно с кандидатом фармацевтических наук, доцентом кафедры фармакологии ГОУ ВПО «Пятигорская ГФА Росздрава» Лысенко Т.А.

Далее нами исследовались количественные соотношения структура-активность в ряду производных хиназолинона-4, проявляющих противовоспалительную, анальгетическую и жаропонижающую активность

Ниже показаны график функциональной зависимости между прогнозируемыми и полученными экспериментальными значениями противовоспалительной активности (%уменынения экссудации) для 7 представителей синтезированных производных хиназолинона-4 (Рис. 1).

у = 0.173Х + 40.84 ^ = 0.468

4

♦

5

О. О

0

0

10

20

30

40

50

Прогнозируемое уменьшение экссудации, %

Рисунок 1 - Зависимость прогнозируемых и полученных в фармакологическом скрининге значений противовоспалительной активности для 7 представителей синтезированных производных хиназолинона-4

Наиболее адекватным оказался прогноз противовоспалительной активности, который характеризуется более высоким значением коэффициента корреляции И2. Это можно объяснить использованием метода молекулярного докинга, повышающего точность получаемых результатов. Именно в указанной модели выявлено соединение-лидер (^РЬСГГ. которое подтверждено экспериментальными данными.

Для прогнозирования анальгетической активности удается использовать только лишь молекулярные дескрипторы, поскольку метод докинга из-за отсутствия конкретной биологической мишени использовать затруднительно.

Максимальное значение коэффициента корреляции при анализе противовоспалительной активности наблюдается, когда в качестве параметров рассматривают поляризуемость (0,6531), объем (0,764) и площадь поверхности молекулы (0,6984). Механизм, подобный действию НПВС, ограничивается только влиянием на активный центр ЦОГ1 и/или ЦОГ2. При этом главенствующую роль выполняют линейные размеры

(включая площадь поверхности) и поляризуемость молекул. Для рассматриваемых квантово-химических дескрипторов не наблюдается высоких значений R2 в случае анальгетической активности.

Для выявления квантово-химических и топологических дескрипторов, которые в наибольшей степени коррелируют с полученными значениями биологической активности, использовали программы Gabedit (со встроенным Морас 2009) и T.E.S.T. (Toxicity Estimation Software Tool). Ресурс последней позволяет получить информацию о 794 дескрипторах, связанных с 2D структурой соединений. Из описанных топологических дескрипторов высокие значения R2 в случае противовоспалительной активности наблюдаются при использовании дескрипторов Chi (0,7007), kl (0,7047), ide (0,7049), WA (0,7488) и GATm (на основе атомных масс) (0,8182).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Осуществлено обоснование структур целевых соединений — производных хиназолинона-4 с остатками дипептидов и аминокислот, и на основе компьютерной программы PASS охарактеризованы их фармакологические свойства. Для предполагаемых целевых соединений с вероятностью прогноза 50% выявлены противовоспалительная, анальгетическая и жаропонижающая активности.

2. С помощью компьютерной программы Molegro Virtual Docker исследовано взаимодействие 11 агонистов и 9 антагонистов с ГАМК(А) рецептором, а также производных хиназолинона-4 с ферментом циклооксигеназой-2 (ЦОГ-2). Это позволило выявить в активном центре рецептора ключевые аминокислотные остатки - Ser 201, Thr 202 и Туг 205, а для ЦОГ-2 - Ala 527, Leu 352, Phe 518, Val 349, Val 523, с которыми связываются анализируемые соединения.

3. Использование молекулярных дескрипторов и метода докинга с циклооксигеназой-2 позволило построить модель противовоспалительной активности и установить, что соединением-лидером является QPhGT - 3-(4-Гидроксифенил)-2-[2-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-ацетиламино] пропионовая кислота.

4. В соответствии с прогнозом осуществлен синтез новых, ранее неописанных структур, а именно - 7 производных 4-оксопиримидина, содержащих в нуклеозидном положении остатки у-аминомасляной, п-, м-аминобезойной и 5-аминосалициловой кислоты, а также глицилглицина; 7 новых производных хиназолинона-4, содержащих в положении 3 остатки п-аминобензойной, п-аминосалициловой кислоты, а также глицилглицина, глицилтирозина и аланилвалина.

5. Изучены противовоспалительная и анальгетическая активность производных хиназолинона-4 и установлено, что они обладают противовоспалительной активностью, превышающей активность

препаратов сравнения (индометацин и кетонал), за исключением ациклических предшественников, активность которых ниже индометацина; для них характерно также анальгетическое действие, превышающее таковое для кетонала и анальгина; соединение-лидер -С>РкА1а-Уа1 превышает активность анальгина и кетонала на 40%.

6. Экспериментально подтверждено, что выявленное на модели прогноза соединение-лидер С>РЬОТ по активности превосходит остальные вещества, а также индометацин (снижает экссудацию на 38,4%).

7. Проведен корреляционный анализ между квантово-химическими параметрами синтезированных соединений и значениями биологической активности: максимальный коэффициент корреляции наблюдается в случае противовоспалительной активности (0,4678);

8. Определены такие квантово-химические молекулярные дескрипторы, как поляризуемость, объем и площадь поверхности молекулы, использование которых целесообразно при осуществлении прогноза структур близких веществ, характеризующихся противовоспалительной и анальгетической активностью.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Прогноз противовоспалительной активности синтезированных производных хиназолинона-4 с остатками дипептидов и аминокислот методом молекулярного докинга /Д.С. Золотых [и др.] // Вопросы биологической медицинской и фармацевтической химии. - 2010. - №9. -С.55 -61.

2. Дозозависимость иммунотропных свойств производных дигидропиримидина / H.H. Гражданцева [и др.] // Фармация. - 2010. -№5. -С.42 - 44.

3. Исследование противовоспалительной активности производных хиназолинона-4 и их ациклических предшественников / Э.Т. Оганесян [и др.] // Биомедицина.- 2010. - №5. - С. 105 - 107.

4. Целенаправленный поиск веществ с заданными фармакологическими свойствами / Э.Т. Оганесян [и др.] // Кубанский научный медицинский вестник. - 2009. - №2. - С. 37-40.

5. Kodonidi, I.P. Antiallergic and immunomodulating activity of N-[heteiyl-substituted] 4-oxopyrimidine / I.P. Kodonidi, D.S. Zolotykh, E.T. Oganesian // XXXVIIIth Meeting European Histamine Research Society. - Fulda,

2009.-P.121.

6. Оганесян, Э.Т. Синтез N-замещенных производных 4-оксо-1,4-дигидропиримидина на основе нейроактивных аминокислот и пептидов /Э.Т. Оганесян, И.П. Кодониди, Д.С. Золотых //Новые направления в химии гетероциклических соединений: материалы международной конференции. - Кисловодск, 2009. - С.405.

7. Прогноз и оценка противовоспалительной активности производных хиназолинона-4 с остатками дипептидов и аминокислот, а также их ациклических форм / Д.С. Золотых [и др.] // Высокотехнологичные методы диагностики и лечения сердца, крови и эндокринных органов: тез. Докл. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - СПб.,

2010.-С. 77-78.

8. Психотропная активность производных 4-оксопиримидина / И.П. Кодониди [и др.]// Высокотехнологичные методы диагностики и лечения сердца, крови и эндокринных органов: тез. Докл. Всерос. науч.-пракг. конф. с междунар. участием. - СПб., 2010 - С. 100-101.

9. Противовоспалительная активность производных 4-оксопиримидина и амидов о-бензоиламинобензойной кислоты /И.П. Кодониди [и др.] // Высокотехнологичные методы диагностики и лечения сердца, крови и эндокринных органов: тез. Докл. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - СПб., - С. 101.

Ю.Молекулярное конструирование и целенаправленный синтез N-замещенных производных 4-оксо-1,4-дигидропиримидина на основе тормозных нейромедиаторов / И.П. Кодониди [и др.] // Хим. фармац. журн. - 2009. - Т.43, №10. - С.32-39.

11 .Взаимодействие N-ацил-Р-кетоамидов с ГАМК и глицилглицином / И.П. Кодониди [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. / под ред. М.В. Гаврилина - Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2010. - Вып.65. - С. 329-331!

12. Анализ результатов молекулярного докинга ГАМК-позитивных соединений / И.П. Кодониди [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. / под ред. М.В. Гаврилина. - Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2009. - Вып.64. - С. 445-447.

13.Изучение количественной связи структура - дофаминоблокирующая активность в ряду производных 4-оксопиримидина с использованием метода молекулярного докинга / A.A. Глушко [и др.]// Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. / под ред. М.В. Гаврилина. - Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2008. - Вып.63. - С. 234-238.

ЗОЛОТЫХ ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ

Синтез и изучение взаимосвязи «структура-активность» производных 1,3-диазинона-4, содержащих остатки аминокислот и дипептидов

14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

Подписано к печати « 2.0» йпрелЯ 2011 г., формат 60 х 84 1/16 Бумага книжно-журнальная. Печать - ротапринтная. Усл. печат. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПЯТИГОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ФАРМАЦБВТИТЧЕСК АЯ АКАДЕМИЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ» (357532, г Пятигорск, пр. Калинина, 11)

Актуальность проблемы. Поиск новых противовоспалительных, жаропонижающих и анальгетических лекарственных средств представляет большой интерес для фармацевтической науки, так как эта проблема является актуальной в настоящее время для ряда заболеваний. Однако эмпирический поиск таких средств является трудоемким и нерациональным. В то же время методы компьютерного моделирования позволяют в значительной степени снизить как материальные, так и временные затраты в процессе поиска нестероидных противовоспалительных лекарственных средств (НПВС). С этой точки зрения заслуживают внимания производные оксопиримидинов и их бензаннелированных систем. В современной литературе приведено множество работ (8.К. ЭаЬи, 2008), включая самые последние, где описаны исследования выше указанных видов активности для производных 4-оксопиримидина и хиназолинона-4. Указанные группы соединений рассматриваются как перспективные для разработки новых НПВС. Интерес к данной группе гетероциклических соединений обусловлен еще и тем, что они структурно близки к пиримидиновым основаниям ДНК и РНК.

При синтезе производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога хиназолинона-4 в зависимости от структуры исходного аминного компонента удается получать целевые соединения, содержащие разные заместители при гетероатоме азота. С этой точки зрения представляется целесообразным использовать такие аминные компоненты, как дипептиды, а также аминобензойные кислоты. Следовательно, использование методов молекулярного моделирования в целенаправленном синтезе новых производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога является актуальным, так как создает предпосылки для получения структурно близких к эндогенным соединениям веществ с заданными биологическими свойствами.

Цель и задачи исследований. Целью наших исследований является синтез новых производных 4-оксопиримидина и его бензаннелированного аналога — хиназолинона-4 с использованием в качестве аминных компонентов аминокислот и дипептидов.

Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- на основе логико-структурного подхода (ЛСП) осуществить обоснование структур целевых соединений и с помощью компьютерной программы PASS охарактеризовать предполагаемые фармакологические свойства;

- используя компьютерную программу Molegro Virtual Docker, рассчитать возможное взаимодействие лиганд-рецептор;

- предположить модели для соединений с определенными видами фармакологической активности;

- осуществить синтез прогнозируемых целевых структур и провести последующий фармакологический скрининг полученных соединений;

- оптимизировать методы синтеза производных 4-оксо-1,4-дигидропиримидина и хиназолинона-4;

- выявить корреляционную зависимость между квантово-химическими параметрами синтезируемых соединений и значениями биологической активности.

Научная новизна. На основании изучения молекулярных дескрипторов и использования методов молекулярного моделирования разработан комплексный подход к созданию веществ с противовоспалительными и анальгетическими свойствами, что также позволяет выявлять соединения-лидеры. Изучена вероятность взаимодействия целевых соединений с ГАМК(А) рецептором и циклооксигеназой II. На основе этих данных предложен критерий отнесения 4-окоспиримидинов и хиназолинонов-4 к агонистам и/или антагонистам ГАМК(А) рецепторного комплекса. Использование молекулярного докинга и молекулярных дескрипторов позволило построить прогностические модели противовоспалительной и анальгетической активности, а также выявить предполагаемые соединения-лидеры.

Применение полярных апротонных растворителей позволило оптимизировать методы синтеза производных 1,3-диазинона-4, а именно повысить выход целевых продуктов. На примере взаимодействия М-ацетил-2-фенилацетацетамида с п-аминобензойной кислотой доказан механизм реакции и получены ранее неописанные ациклические предшественники хиназолинона-4 на основе у-аминомасляной, а также п-, о- и м-аминобензойных кислот.

Фармакологический скрининг синтезированных соединений позволил выявить вещества, превышающие по антиэкссудативной и анальгетической активности индометацин и кетонал. В ходе фармакологического изучения подтверждена достоверность прогноза соединения-лидера, что в свою очередь свидетельствует о точности построенной модели прогноза противовоспалительной активности. Получено вещество, характеризующееся возбуждающим действием на ЦНС, превышающим кофеин, а также вещество, проявляющее угнетающее действие, сопоставимое с эффектом аминазина. Изучены количественные соотношения «структура-противовоспалительная активность» и выявлен ряд молекулярных дескрипторов, на основе которых можно эффективно прогнозировать противовоспалительную и анальгетическую активности.

Практическая значимость работы. Полученные прогностические модели и результаты фармакологической активности могут быть использованы в целенаправленном синтезе различных прогнозируемых структур, представляющих собой производные 4-оксопиримидина, хиназолинона-4 и других диазинов, содержащих остатки аминокислот и дипептидов.

Внедрение результатов в практику. На основании полученных результатов оставлено информационное письмо «Обоснование необходимости фармакологического исследования производных 1,3-диазинона-4 с остатками аминокислот и дипептидов, а также их ациклических предшественников», которое вместе с соединениями-лидерами переданы на кафедры фармакологии, биологии, физиологии и патологии ГОУ ВПО Пятигорская ГФА Роздрава для более углубленных доклинических исследований. Положения, выдвигаемые на защиту:

- обоснование структур производных 4-оксопиримидина и хиназолинона-4;

- построение прогностических моделей предполагаемых видов биологической активности;

- доказательство механизма, синтеза и структур целевых соединений;

- модификация метода синтеза производных хиназолинона-4 и 4-оксопиримидина;

- закономерности взаимосвязи структура-активность на основе данных фармакологического скрининга.

Связь задач исследования с проблемами фармацевтических наук

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Пятигорской государственной фармацевтической академии (номер государственной регистрации 01.02.001.00.455. Апробация работы

Основные фрагменты диссертационной работы доложены на 63-й, 64-й, 65-й региональных конференциях по фармации, фармакологии и подготовке кадров (Пятигорск, 2008,2009,2010).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Диссертационная работа изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы (1 глава), трех глав собственных исследований, общих выводов и списка литературы, включающего 114 источников, в том числе 82 иностранных; содержит 37 таблиц, 15 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Осуществлено обоснование структур целевых соединений — производных хиназолинона-4 с остатками дипептидов и аминокислот, и на основе компьютерной программы PASS охарактеризованы их фармакологические свойства. Для предполагаемых целевых соединений с вероятностью прогноза 50% выявлены противовоспалительная, анальгетическая и жаропонижающая активности.

2. С помощью компьютерной программы Molegro Virtual Docker исследовано взаимодействие 11 агонистов и 9 антагонистов с ГАМК(А) рецептором, а также производных хиназолинона-4 с ферментом циклооксигеназой-2 (ЦОГ-2). Это позволило выявить в активном центре рецептора ключевые аминокислотные остатки - Ser 201, Thr 202 и Туг 205, а для ЦОГ-2 - Ala 527, Leu 352, Phe 518, Val 349, Val 523, с которыми связываются анализируемые соединения.

3. Использование молекулярных дескрипторов и метода докинга с циклооксигеназой-2 позволило построить модель противовоспалительной активности и установить, что соединением-лидером является QPhGT - 3-(4-Гидроксифенил)-2-[2-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-ацетиламино] пропионовая кислота.

4. В соответствии с прогнозом осуществлен синтез новых, ранее неописанных структур, а именно - 7 производных 4-оксопиримидина, содержащих в нуклеозидном положении остатки у-аминомасляной, п-, м-аминобезойной и 5-аминосалициловой кислоты, а также глицилглицина; 7 новых производных хиназолинона-4, содержащих в положении 3 остатки п-аминобензойной, п-аминосалициловой кислоты, а также глицилглицина, глицилтирозина и аланилвалина.

5. Изучены противовоспалительная и анальгетическая активность производных хиназолинона-4 и установлено, что они обладают противовоспалительной активностью, превышающей активность препаратов сравнения (индометацин и кетонал), за исключением ациклических предшественников, активность которых ниже индометацина; для них характерно также анальгетическое действие, превышающее таковое для кетонала и анальгина; соединение-лидер — С2РЬА1а-Уа1 превышает активность анальгина и кетонала на 40%.

6. Экспериментально подтверждено, что выявленное на модели прогноза соединение-лидер (^РЬОТ по активности превосходит остальные вещества, а также индометацин (снижает экссудацию на 38,4%).

7. Проведен корреляционный анализ между квантово-химическими параметрами синтезированных соединений и значениями биологической активности: максимальный коэффициент корреляции наблюдается в случае противовоспалительной активности (0,4678);

8. Определены такие квантово-химические молекулярные дескрипторы, как поляризуемость, объем и площадь поверхности молекулы, использование которых целесообразно при осуществлении прогноза структур близких веществ, характеризующихся противовоспалительной и анальгетической активностью.

Заключение и выводы по обзору литературы

• В настоящее время описано множество синтетических производных 1,3-диазинона-4, содержащих разные заместители при нуклеозидном азоте. Среди описанных производных хиназолинона-4 чаще всего встречаются 2-и 3-замещенные соединения. Практически отсутствуют данные об использовании в качестве аминных компонентов нейроактивных дипептидов.

• На основании анализа литературы и ранее проведенных "на кафедре органической химии Пятигорской ГФА исследований наиболее рациональным методом синтеза производных 4-окоспиримидина можно считать является циклоконденсацию по типу D. Для получения производных хиназолинона-4 существует способ замены гетероатома кислорода на азот в соответствующем бензоксазиноне-4 в среде ледяной уксусной кислоты в присутствии незначительных количеств ДМСО. Преимуществом данной методики являются высокий выход целевых продуктов и использование недорогих реактивов.

• В работах, посвященных изучению процесса синтеза производных хиназолинона-4 отсутствует единое мнение относительно продуктов реакции: в одних случаях авторы указывают об образовании лиамидов, в других — продуктов циклизации, т.е. хиназолинонов. В связи с этим представляется целесообразным исследовать механизм данного процесса и выявить закономерности протекания подобных реакций.

Из вышеизложенного следует, что поиск новых производных 1,3-диазинона-4, содержащих остатки дипептидов в нуклеозидном положении, а также новых соединений хиназолинонового ряда, является актуальным. Следует также отметить, что необходимо изучить реакцию циклоконденсации с различными аминами с целью установления закономерностей направления реакции в зависимости от природы аминного компонента.

В этой связи нами сформулированы цель и задачи исследований, реализация которых и посвящена настоящая диссертационная работа.

ГЛАВА 2 ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУР ЦЕЛЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПРОГНОЗ ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Существует множество методов и приемов, позволяющих осуществлять обоснование структур конкретных соединений и прогнозировать их активность, что является неотъемлемой частью исследований, посвященных целенаправленному поиску новых биологически активных соединений. 2.1 Логико-структурный подход

Из данных литературы известно, что ядро 1,3-диазинона-4 характеризуется структурной близостью с эндогенными соединениями пиримидиновыми основаниями, что в значительной степени определяет спектр фармакологической активности его производных. Следует отметить несколько видов активностей, проявление которых особо характерно для производных данного ряда. Среди них выделяют нейротропную, а также характерные для нестероидных противовоспалительных лекарственных препаратов противовоспалительную, анальгетическую и жаропонижающую активности.

Ранее была показана схожесть ядра 1,3-диазинона-4 и бенздиазепинов по характеру распределения электронной плотности и возможным участкам взаимодействия с рецептором [19].

В ряде работ показана противосудорожная активность указанной группы соединений[63]. На основании этого можно предположить сродство ядра 4-окоспиримидина и хиназолинона-4 к ГАМК-бенздиазепиновому рецепторному комплексу.

Анализ литературы свидетельствует о том, что производные 1,3-диазинона-4 потенциально могут рассматриваться как класс соединений с высокой противовоспалительной активность [107, 84, 73, 102, 78]. Можно предположить об их возможном влиянии на циклооксигеназу.

Ранее указывалось, что само ядро 1,3-диазинона-4 обладает противовоспалительной активностью.

В структуре прогнозируемых целевых соединений предполагается совмещение двух фармакофоров: ядра 1,3-диазинона-4 с выраженными нейротропными и противовоспалительными свойствами, и остатков некоторых ароматических и алифатических аминокислот, а также дипептидов, близких к эндогенным пептидам. Это, на наш взгляд, повышает вероятность проявления высокой биологической активности.