Автореферат и диссертация по медицине (14.04.02) на тему:Синтез и противовирусная активность новых диарильных производных урацила

На правах рукописи

ГЕЙСМАН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

СИНТЕЗ И ПРОТИВОВИРУСНАЯ АКТИВНОСТЬ НОВЫХ ДИАРИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА

14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

1 О ИЮЛ 2014

Пятигорск - 2014

005550435

005550435

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Научный руководитель: доктор фармацевтических наук, доцент

Новиков Михаил Станиславович

Официальные оппоненты: Навроцкий Максим Борисович, кандидат

фармацевтических наук, доктор химических наук, доцент, ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», заведующий кафедрой органической химии Новиков Олег Олегович, доктор фармацевтических наук, профессор, Медицинский институт ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», заведующий кафедрой фармацевтической химии и фармакогнозии

Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский

университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Защита состоится «18» сентября 2014 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.008.09 при ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России по адресу: 357532, Пятигорск, пр. Калинина, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пятигорского медико-фармацевтического института - филиала ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России (357532, Ставропольский край, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11) и на сайге http://www.pmedpharm.ru.

Автореферат разослан <<£ь » ¿Г 2014 года. Ученый секретарь /р

диссертационного совета //* Ремезова Ирина Петровна

1/1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения, СПИД унес жизни более 30 млн. человек по всему миру, и в настоящее время около 34 млн. человек имеют подтвержденный статус ВИЧ-инфицированных [2013 Report on the Global AIDS Epidemic]. Общее число зарегистрированных ВИЧ-инфицированных в Российской Федерации на ноябрь 2012 года составило более 700 тыс. человек, при этом темпы распространения ВИЧ-инфекции остаются относительно стабильными. Развитие СПИДа на тот же период зафиксировано у около 19 тыс. человек [Федеральный научно-методический центр по профилактике и борьбе со СПИДом, 2012]. ВИЧ-инфекция остается одной из ведущих медико-социальных проблем мирового масштаба в связи с отсутствием средств фармакотерапии, способных полностью останавливать ее течение и эффективно подавлять развитие оппортунистических заболеваний, а также из-за колоссальных затрат на высокоактивную антиретровирусную терапию (ВААРТ).

Недостатками большинства современных схем ВААРТ является высокая токсичность, связанная с применением в качестве их основы нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы [Balcarek et al, 2010; Kohler, Hosseini, Lewis, 2008], а также развитием резистентности вируса к нуклеозидным (НИОТ) и ненуклеозидным (ННИОТ) ингибиторам его репродукции [Kulkarni et al., 2012; Nikolenko, Delviks-Frankberry, Pathak, 2010]. Достоинством ННИОТ является меньшая по сравнению с НИОТ токсичность вследствие отсутствия влияния на внутриклеточный пул тимидинтрифосфата и митохондриальную полимеразу у, что наблюдается при использовании НИОТ. Это обстоятельство делает перспективной разработку новых классов ННИОТ.

Анализ литературных данных позволил установить, что соединения, содержащие диарильный (диарилэфирный или бензофеноновый) остаток, связанный с гетероциклическим фрагментом, обладают выраженной ингибирующей активностью в отношении ВИЧ. С другой стороны, известны производные урацила,

обладающие свойствами ННИОТ ВИЧ. Представляет существенный интерес синтез соединений, объединяющих в своей структуре два фармакофорных фрагмента.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время идентифицированы различные классы антивирусных агентов, содержащих в своей структуре два арильных фрагмента. Как правило, в их структуре ароматические остатки связаны с гетероциклическим ядром, представленным во многих случаях азотистым основанием, через атом азота последнего. Однако влияние длины мостика, связывающего арильные фрагменты, на противовирусную активность подобных струетур в литературе освещено недостаточно подробно. Помимо этого, антивирусный потенциал гетероциклических структур, содержащих диарильный фрагмент, связанный с гетероциклическим ядром через углеродный атом, проиллюстрирован лишь небольшим количеством примеров.

Среди ННИОТ известны различные структурные классы, такие, как ароматические аналоги ГЭФТ - 1-[(2-гидроксиэтокси)метил]-6-(фенилтио)тимина [Tanaka et al., 1991], соединения диарилпиримидиновой структуры - ДАЛИ [Andries et al., 2004; Mordant et al., 2007], а также некоторые N1, Ы3-дизамещенные урацилы [Sakakibara et al., 2013], отличительной особенностью которых является наличие двух арильных фрагментов, непосредственно не связанных между собой и соединенных с гетероциклическим ядром посредством коротких мостиков. Данные соединения являются перспективными ингибиторами репродукции вируса, проявляющими активность на субмикро- и наномолярном уровне концентраций и обладающие низкой токсичностью. Большинство из них в качестве мостиковых фрагментов содержат метиленовую группу, атомы кислорода, серы, NH- или карбонильную группу. Детальный анализ влияния структуры и длины данных мостиковых фрагментов на антивирусную активность и токсичность ННИОТ проводился лишь в некоторых из вышеприведенных классов. В связи с этим интерес представляет объединение концепций ГЭФТ-подобных и диарилэфирных ННИОТ и создание на их основе структурных «химер», обладающих признаками обоих классов.

Цели и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка новых производных урацила, содержащих два арильных фрагмента, способных эффективно ингибировать репродукцию ВИЧ-1.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• разработать простой и эффективный метод синтеза 1-[(бензоилокси)-бензил]производных урацила;

• разработать условия введения бензильного заместителя в положение 3 гетероциклического фрагмента 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила;

• разработать эффективный метод синтеза 6-[(бензилокси)метил]произ-водных урацила;

• разработать условия конденсации 6-[(бензилокси)метил]производных урацила с а-хлорэфирами;

• изучить противовирусную активность синтезированных соединений in vitro и на основе данных скрининга выявить основные закономерности «структура-противовирусная активность».

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований были обнаружены новые классы ненуклеозидных ингибиторов репродукции ВИЧ-1, принадлежащих к группе диарилзамещенных аналогов урацила.

Разработан новый эффективный способ синтеза 1-[(бензоилокси)бензил]-урацилов.

Разработаны условия введения бензильного заместителя в положение 3 гетероциклического фрагмента 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила.

Разработан и осуществлен синтез производных урацила, содержащих в положении 6 пиримидинового цикла (бензилокси)метильный заместитель.

Разработаны условия конденсации 6-[(бензилокси)метил] производных урацила с алифатическими и ароматическими а-хлорэфирами.

Обнаружено, что некоторые 1-[(бензоилокси)бензил]производные урацила проявляют ингибиторный эффект в отношении обратной транскриптазы ВИЧ-1.

Найдено, что 1,6-бис[(бензилокси)метил]урацилы проявляют выраженный

ингибиторный эффект в отношении ОТ ВИЧ-1. Выявлены соединения-лидеры в данном ряду соединений, для которых осуществлен докинг. Обнаружено, что некоторые соединения данного класса обладают также выраженной активностью в отношении вируса гриппа (H1N1) в клеточной культуре.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость. Осуществлен синтез новых диарильных производных урацила. Все целевые соединения исследовались в ФГБУН «Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН)» (Москва) под руководством докт. хим. наук, профессора, чл.-корр. РАН Кочеткова С. Н. на предмет ингибиторной активности в отношении вирусспецифического фермента обратной транскриптазы (ОТ) ВИЧ и в Pera Институте Медицинских Исследований (Левен, Бельгия) под руководством Я. Бальзарини для выявления противовирусной и цитостатической активности на клеточных культурах. Анализ полученных данных скрининга в отношении ОТ ВИЧ-1 позволил установить закономерности «структура-активность» в ряду 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила и выявить соединения-лидеры, перспективные для дальнейшей разработки противовирусных лекарственных средств на их основе.

Практическая значимость. На основании результатов исследования составлено информационное письмо «Синтез и противовирусная активность новых диарильных производных урацила», материалы которого внедрены ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» для проведения научных исследований студентами и аспирантами кафедры органической химии (акт внедрения от 3. 10. 2013 г.), а также лабораторией лекарственной безопасности ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА России (акт внедрения от 24. 01. 2014 г.).

Методология и методы исследования. Анализ данных литературы о закономерностях «структура-противовирусная активность» в рядах известных ненуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы позволил выявить фармакофорные элементы, являющиеся ключевыми для проявления антивирусной активности. Данные наблюдения послужили основой для разработки основных

направлений конструирования новых потенциальных противовирусных агентов ряда 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила и 1,6-бис[(бензилокси)метил]произ-водных урацила. Молекулярный докинг полученных веществ проводился с применением пакета AutoDock Vina 1.1.2. Оптимальные методики синтеза для решения поставленных задач подобраны с учетом обзора литературных данных.

В ходе диссертационного исследования применялись современные методы выделения (препаративная колоночная хроматография, вакуумная перегонка) и определения чистоты веществ (тонкослойная хроматография с закрепленным слоем сорбента). Структуры целевых соединений были доказаны современными спектральными методами - 'Н и 13С ЯМР-спекгроскопией и масс-спектрометрией высокого разрешения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Селективное введение (бензоилокси)бензильного заместителя в положение 1 остатка урацила и его аналогов в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона путем конденсации соответствующих (бензоилокси)бензилбромидов и 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидинов.

2. 1-[(Бензоилокси)бензил]производные урацила проявляют ингибиторный эффект в отношении ОТ ВИЧ-1.

3. Синтез 6-диарилзамещенных аналогов урацила на основе конденсации р-кетоэфиров с производными тиомочевины и гуанидина.

4. Синтез 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила конденсацией 6-[(бензилокси)метил]урацилов с а-хлорэфирами в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона.

5. 1,6-Бис[(бензилокси)метил]производные урацила демонстрируют выраженную активность в отношении ОТ ВИЧ-1 на микро- и субмикромолярном уровне. Наиболее активные соединения данной серии превосходят невирапин по действию на ОТ ДТ ВИЧ-1 более, чем в 10 раз.

6. Некоторые 1,6-бис[(бензилокси)метил]производные урацила проявляют мощную активность в отношении вируса гриппа (H1N1) и характеризуются низкой токсичностью.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов исследования обеспечивается современными методами химического синтеза и анализа структуры соединений, а также методами установления биологической активности веществ.

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на XVII региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 2012), IV всероссийском научно-практическом семинаре молодых ученых с международным участием «Современные проблемы медицинской химии. Направленный поиск новых лекарственных средств» (г. Волгоград, 2012), международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (г. Москва, 2013). По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, из них 2 - в международных изданиях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, разделов, посвященных результатам собственных исследований, заключения, списка используемых сокращений, списка литературы и иллюстративного материала. Список используемой литературы включает 222 источника, из них 209 зарубежных и 13 русскоязычных. Диссертация содержит 55 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

На основе литературных данных предложена общая структура диарильных ННИОТ, содержащих шестичленный гетероциклический фрагмент, в которой можно выделить несколько основных функциональных элементов:

- дистальный цикл (А), расположенный на «дне» гидрофобного кармана и ответственный за формирование взаимодействий с ароматическими остатками Y181, Y188 и W229 ОТ ВИЧ-1. Введение заместителей в данный фрагмент способствует модификации характеристик активности в отношении дикого и мутантаых изолятов вируса за счет формирования дополнительных Ван-дер-Ваальсовых взаимо-

действий с остатками Ь234 и Р227 и с консервативным остатком \V229, что важно для сохранения активности в отношении мутантов У181С и У188Ь;

- цикл В, способный к формированию Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий с изопропильными группами остатков VI06, VI00 и с углеродной цепью остатка К103, а также (в случае наличия в нем заместителей) — к образованию дополнительных контактов с остатком VI79;

- гетероциклический фрагмент (С), в качестве которого может выступать остаток урацила или замещенного пиримидин-4(ЗД)-она. Амидная группа данного цикла может способствовать формированию водородных связей с остатками К101 и/или К103, что важно для сохранения активности в отношении соответствующих мутантных изолятов. Ненасыщенная часть цикла С ответственна за взаимодействие с аминокислотными остатками Р236, Р227 и УЗ 18;

- мостиковые участки (X, У и Т), способные вносить вклад в противовирусную активность за счет возможного формирования контактов с Ь234, К103, V106 (рисунок 1).

Ргзб .......

^227

К1*Г"1 к' '^сС-

ч101

^79

VI об

^188

щ

229

' У

181

Рисунок 1 - Общая структура целевых соединений и предполагаемая модель их взаимодействия с ОТ ВИЧ-1

В рамках данной гипотезы было синтезировано несколько рядов соединений.

Синтез К1-[(бензоилокси)бензил] производных урацнла

Синтез данных веществ предусматривал конденсацию 2,4-бис(триметил-силилокси)пиримидинов 5-7 с эквимолярным количеством (бензоилокси)-бензилбромидов 1-4 в кипящем безводном 1,2-дихлорэтане в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона в течение 35 часов, в результате чего были получены соответствующие целевые N1 -[(бензоилокси)бензил]производные урацила 8-13 с выходами 71-80% (рисунок 2).

1-4 5-7 8-13

Я1 = Н, 3,5-СЬ; Я2 = Н, СНз, Вг

Рисунок 2 - Схема синтеза 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила

Согласно данным ТСХ, образовывались исключительно 1Ч'-замещенные продукты. Разрушения сложноэфирной связи в условиях реакции отмечено не было. Высокий выход продукта в случае 1-[2-(бензоилокси)бензил]урацила (73%) подтверждает отсутствие стерического влияния ортяо-бензоилоксигруппы в соответствующем бензилбромиде на взаимодействие с силилпроизводным урацила

С целью поиска «химерных» соединений, сочетающих структурные элементы ингибиторов ОТ со связанными и пространственно разобщенными арильными фрагментами А и В, были получены И'-бензилзамещенные аналоги 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила. Синтез веществ данного ряда заключался в обработке трех из вышеописанных N1 -з амеще иных производных урацила 8-10 избытком бензилхлорида в среде ДМФА в присутствии карбоната калия. Целевые соединения 14-16 образовывались с выходами 58-65% (рисунок 3).

8-10

Рисунок 3 - Схема синтеза М3-бензилпроизводных 1-[(бензоилокси)бензил]урацила

10

В случае обработки 1-[3-(3,5-дихлорбензоилокси)бензил]урацила (12) бензилхлоридом в аналогичных условиях в качестве продукта вместо 3-бензил-1-[3-(3,5-дихлорбензоилокси)бензил]урацила (17) был выделен 3-бензил-1-(3-гидрокси-бензил)урацил (18). Данное обстоятельство может быть связано с повышенной нуклеофугностью 3,5-дихлорбензоильного фрагмента (рисунок 4).

Цитозиновый аналог 1-[3-(бензоилокси)бензил]урацила был синтезирован обработкой силилпроизводного цитозина 3-(бензоилокси)бензилбромидом (2) с выходом 63%. Показано, что взаимодействие 3-(бензоилокси)бензилбромида с цитозином в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона не приводит к получению побочных продуктов О-алкилирования, что подтверждается данными ЯМР-спекгроскопии.

Синтез 6-{[(3-фенокснбензил)окси]метил}- и 6-[(дифенилметокси)метил]про1Пводных пиримидин-4(ЗЯ)-она

С целью получения структур, содержащих диарильный фрагмент у атома С6 гетероциклического ядра, были проведены конденсации производных 4-[(3-феноксибензил)окси]ацетоуксусного эфира и 4-(дифенилметокси)ацетоуксусного эфира 25-27 с тиомочевиной, а также солевыми формами 8-метилизотиомочевины и гуанидина (рисунок 5).

18

Рисунок 4 - Взаимодействие 1-[3-(3,5-дихлорбензоилокси)бензил]урацила с бензилхлоридом в присутствии основания

и

ТГФ

19-20

21-22

23-25

Я-1

26-32

X = БН, Б-СНз, ИНг; Я1 = Н, РЮ; Л2 = Н, РЬ; Я3 = Н, СНз

>

Рисунок 5 - Общая схема синтез диарильных производных пиримидин-4(ЗЯ)-она

Производные этил-4-(бензилокси)ацетоацетата бьши синтезированы путем взаимодействия 3-феноксибензилового спирта и бензгидрола с у-хлор- и у-бром-производными ацетоуксусного эфира в присутствии натрия гидрида в среде безводного тетрагидрофурана. Конденсация полученных кетоэфиров с 2,5-кратным мольным избытком тиомочевины в среде метанола в присутствии метилата натрия давала целевые продукты с выходами 52-67%.

С целью получения 8-метилированного аналога 2-тио-6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}урацила (26) была проведена конденсация сульфата 8-метилизотиурония с этил-4-[(3-феноксибензил)окси]ацетоацетатом (23). Показано, что при проведении реакции в присутствии карбоната калия в водно-этанольной среде в течение 48 часов образуется исключительно 2-(метилсульфанил)-6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}пиримидин-4(ЗЯ)-он с выходом 75%.

Обнаружено, что десульфуризация 2-тио-6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}-урацила (26) при кипячении с 10%-ным водным раствором монохлоруксусной кислоты (МХУК) при мольном соотношении тиоурацила и кислоты 1:3 протекает крайне медленно (>48 часов) в связи с низкой растворимостью субстрата и промежуточных продуктов его взаимодействия с МХУК даже при длительном кипячении. Использование в качестве сорастворителя ДМФА позволило сократить время реакции до 16 часов (рисунок 6).

нА п П скДон "Л А /1

н 73%

26 33

Рисунок б - Схема синтеза 6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}урацила

Галогенирование 6-{[(3-феноксибеюил)окси]метил}урацила (33) проводилось путем обработки раствором брома в безводном ДМФА в присутствии пиридина в качестве акцептора бромоводорода при температуре 60 °С (рисунок 7).

33 34

Рисунок 7 - Схема синтеза 5-бром-6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}урацила

Показано, что использование в качестве бромирующего агента молекулярного брома не приводит к окислению (бензилокси)метильного фрагмента, а также к бромированию экзоциклических метиленовых групп и диарилэфирного фрагмента, что подтверждено методом ЯМР-спектроскопии. Однако выход целевого продукта 34 был невысок и составил 39%, что может быть связано с хелатированием бромониевого катиона атомами кислорода в составе [(3-феноксибензил)-окси]метильного фрагмента.

Конденсация диарилсодержащих кетоэфиров с применением четырехкратного мольного избытка метилата натрия и двукратного избытка гуанидина ацетата привела к получению целевых продуктов с выходами 56-71%.

Синтез ^-замещенных производных 6-[(бензилокси)метил]урацила

С целью поиска антивирусных агентов в ряду структур, содержащих арильные фрагменты А и В в положениях 1 и 6 гетероциклического ядра, и выяснения их функциональной роли нами была синтезирована серия 1,6-бис[(бензилокси)метил]-производных урацила 44-57 и их алифатических аналогов 58-59 (рисунок 8).

39-43 (64-76%)

58-59 (46-51%)

Рисунок 8 - Схема синтеза 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила (R1 = Н, 4-С1, 4-СНз, 3,5-С12; R2 = Н, CI, Br, I; R3 = Н, 4-CN, 3,5-С12,3,5-(СН3)2; R4 = Н, СВД. Реагенты и условия: (а) - Br2 /NIS / NCS, ДМФА; (b) - 1) ГМДС, NH4CI; 2) R3-Ph-CH-(R>OCH2Cl или (СН3)2-СН-(СН2)2-ОСН2С1, СН2С12

Моноарильные производные 2-тиоурацила и урацила были получены по методам, аналогичным таковым для диарильных производных. Десульфуризация производных 2-тиоурацила проводилась путем кипячения с водным раствором МХУК с использованием ДМФА в качестве сорастворителя. Было обнаружено, что десульфуризация 2-тио-6-[(1-фенилэтокси)метил]урацила (60) в аналогичных условиях вместо целевого б-[(1-фенилэтокси)метил]урацила (61) приводит к образованию 6-(гидроксиметил)урацила (62) (рисунок 9).

д

Н 62

Рисунок 9 - Взаимодействие 2-тио-6-[(1-фенилэтокси)метил]урацила с раствором монохлоруксусной кислоты

Галогенирование 6-[(бензилокси)метил]производных урацила 37-39 в положение С5 ядра урацила проводилось двумя методами: обработкой раствором брома в безводном ДМФА в присутствии пиридина при температуре 80 °С (Метод А) и взаимодействием с Ы-галогенсукцинимидами в среде безводного ДМФА при

температуре 80 °С (Метод В).

Получение целевых продуктов ряда проводилось алкилированием силил-производных урацила эквимолярным количеством хлорметиловых эфиров, полученных из соответствующих спиртов в условиях реакции Анри по описанным в литературе методикам, в среде безводного дихлорметана при комнатной температуре в течение 6 часов. По данным ТСХ, обнаружено образование исключительно продуктов "Ы'-замещения. Целевые продукты 44-59 образовывались с выходами 15-55%, что подтверждает стерический эффект (бензилокси)метильной группы в шестом положении гетероцикла. Заместители в положениях Я1 и Я2 не оказывали существенного влияния на выход целевого продукта, за исключением 6-[(3,5-дихлорбензилокси)метил]урацила, в случае которого выход продукта алкилирования составил лишь 15%, что может быть связано с электронным эффектом атома хлора. Применение разветвленного (1-фенилэтил)хлорметилового эфира в качестве алкилирующего агента привело к существенном}' снижению выхода, что можно объяснить отталкиванием между дополнительной метальной группой у эр'-гибридного атома углерода в хлорэфире и радикалом при атоме С6 в силилированном основании.

Для анализа влияния длины мостика, связывающего арильный фрагмент с атомом азота в положении 1 урацила, на противовирусную активность был осуществлен синтез Ы'-бензилпроизводного 6-[(бензилокси)метил]урацила. Применение силильной модификации метода Гилберта-Джонсона в условиях сплавления силилпроизводного соответствующего урацила и бензилбромида не привело к образованию целевого продукта. Альтернативная стратегия, заключавшаяся в алкилировании основания бензилхлоридом в среде ДМФА в присутствии калия карбоната в течение 15 часов при комнатной температуре привела к образованию 1-бензил-6-[(бензилокси)метил]урацила (63) с выходом 15%. Помимо целевого продукта были выделены и охарактеризованы продукты И3- и 1М',М3-дизамещения 64-65, выход которых составил по 1%, что говорит об отсутствии влияния (бензилокси)метильной группы в шестом положении гетероцикла на региоселективность процесса бензилирования (рисунок 10).

,?5uxi ~ A<jo ■ fy o r, - Хил

H

35

63 (15%) 64(1%) 65(1%)

Рисунок 10 - N-бензилирование 6-[(бензилокси)метил]урацила. Реагенты и условия: BnCl,

К2СОз, ДМФА, 15 ч., 25 °С

Биологическая активность синтезированных соединений

Активность полученных веществ в отношении ОТ ВИЧ-1 была установлена в ФГБУН «Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН» (Москва), а противовирусная активность в клеточных культурах и цитостатическая активность - в Pera Институте Медицинских Исследований (Левен, Бельгия).

С целью поиска оптимальной модели для рационализации результатов биологической активности полученных соединений было проведено молекулярное моделирование с помощью программы AutoDock Vina 1.1.2. Комплексы ОТ ВИЧ с известными ННИОТ были взяты из Банка Данных Белков (Protein Data Bank, PDB). Оценка аффинности лиганда проводилась на основе анализа выходных данных программы AutoDock Vina, содержащих ряд значений свободной энергии связывания, учитывающих суммарный вклад электростатических и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий, а также водородных связей (в ккал/моль).

Первое направление поиска потенциально активных структур предусматривало синтез соединений, в которых арильные циклы А и В соединены между собой сложноэфирным мостиком. Среди 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила активность в отношении ОТ дикого типа ВИЧ-1 проявил лишь 1-[3-(3,5-дихлорбензоилокси)бензил]урацил (ИК50 = 42 цМ), а среди Ы'^-дизамещенных структур — 1-[3-(бензоилокси)бензил]-3-бензилурацил (ИК50 = 32,3 цМ). Все соединения данных рядов не проявили активности в отношении ВИЧ в испытании на клеточных культурах.

Цитостатическая активность соединений 8-16 была исследована в культуре клеток лейкоза мышей (L1210), а также в культурах клеток СЕМ и HeLa. Все исследованные вещества проявили умеренную канцеростатическую активность, при этом М',М3-дизамещенные производные были активнее N'-монозаме-

щенных аналогов. Соединения, содержащие у атома азота в положении 1 фрагмента урацила иора-(бензоилокси)бензильный заместитель были, в целом, активнее своих орто- и .иета-замещенных аналогов. Введение атомов хлора в бензоильный фрагмент, а также замещение положения 5 гетероциклического фрагмента приводило к увеличению цитостатической активности.

Дальнейшим направлением дизайна стали региоизомерные модификации 1-[(бензоилокси)бензил] производных урацила, заключавшиеся в перемещении диарильного фрагмента из положения 1 в положение б гетероцикла, и последующее перемещение одного из ароматических циклов в положение 14' с целью изучения влияния взаимного расположения ароматических фрагментов на противовирусную активность (рисунок 11).

Было обнаружено, что 2-амино-6-{[(3-феноксибензил)окси]метил}пиримидин-4(ЗЯ)-он проявляет выраженную активность в отношении цитомегаловируса человека (штаммы AD-169 и Davis) в культуре клеток HEL на уровне применяемого в практике препарата цидофовир, ингибируя на 50% репликацию вируса в концентрациях 0,51 дМ и 0,4 дМ, соответственно. Однако данное соединение оказалось высокотоксичным (ЦК50 = 4 р.М, ИС = 7,8 и 10 в отношении штаммов AD-169 и Davis, соответственно).

Анализ результатов исследования биологической активности соединений ряда 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила и их аналогов позволил выявить закономерности «структура-активность» в данном ряду веществ. Наиболее выраженным действием в отношении ОТ дикого типа ВИЧ-1 обладал 6-[(бензилокси)метил]-1 -[(3,5-дихлорбензилокси)метил]урацил (53), ингибировавший на 50% активность фермента в концентрации 0,62 |дМ (таблица 1).

о

Рисунок 11 - Направления поиска противовирусных агентов

Таблица 1 - Активность 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила в отношении ОТ

ДТ ВИЧ-1 in vitro

44-57

58-59

Соед. R" R2 R3 R4 К„ цМ

44 Н Н н Н 1,4

45 4-С1 Н н н 1,66

46 4-СНз н н н 2,13

47 3,5-С12 н н н ND*

58 Н С1 н н 8,0

49 Н Вг н н 15

50 4-С1 Вг н н 16,9

51 4-СНз Вг н н 12,9

52 Н I н н 8,43

53 н н 3,5-С12 н 0,62

54 н н 3,5-(СНз)2 н 1,67

55 н н 4-CN н 50

56 н н Н СНз >100

57 4-С1 н н СНз >100

58 Н - - - 33,4

59 4-С1 - - - 50,4

Невирапин 7,2

* - активность не установлена

Наиболее активные в отношении ОТ дикого типа ВИЧ-1 соединения также были оценены по их способности ингибировать ОТ мутантных форм ВИЧ-1. Все исследованные вещества превосходили по активности невирапин в отношении как одиночных мутантов, так и двойного мутанта К103Ы/У181С, однако уступали эфавиренцу по действию на те же формы ОТ (таблица 2).

Таблица 2 - Активность соединений 44-46 и 53-54 в отношении мутантных вариантов

ОТ ВИЧ-1

ОТ ВИЧ-1 44 45 46 53 54 Невирапин Эфавиренц

К, цМ

ДТ 1,4 1,66 2,13 0,62 1,67 7,2 0,01

L100I 189 69 77 51 125 273 0,08

K103N 56 50,5 66,5 38,2 124 >2000 0,58

V106A 123 105 67 41,2 131 >2000 0,05

Y181C 60,6 4,5 10 26,4 109 >2000 0,03

G190A >140 >166 >213 9,2 40,6 >2000 0,06

K103N/Y181C >140 61 66,8 >62 >167 >2000 0,14

Молекулярный докинг соединения-лидера (53) в структуры комплексов ОТ ВИЧ-1 с различными типами ННИОТ (РБВ-коды ЗС6Т, 4Н4М и №Т2) показал, что наибольшее отрицательное значение параметра аффинности (-10,8 ккал/моль) достигается в модели ЗС6Т. 3,5-Дихлорбензильный фрагмент данного производного соответствует цикл}" А исходного диарилэфирного ННИОТ. Атомы хлора в .мета-положениях бензильной группы располагаются аналогично .межа-заместителям в кольце А исходного ингибитора в «каналах», образованных аминокислотными остатками Ы00, Р97, \V229, У181, Р227, У108 и 1,234, чем можно объяснить наибольшую активность для данного вещества среди полученной серии. Атом кислорода амидной группы фрагмента урацила способен к формированию водородной связи с МН-фрагментом амидной группы остатка К103, при этом расстояние между центрами атомов О и N оценивается в 3,2 А, что не превышает дистанцию Ван-дер-Ваальса. Согласно результатам докинга, возможно также формирование дополнительной водородной связи между атомом азота урацила (К3) и амидным карбонилом остатка К101 (рисунок 12).

Рисунок 12 - Предсказанная модель взаимодействия соединения-лидера ряда 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила (53) с ОТ ДТ ВИЧ-1 (РВВ-код ЗС6Т)

Моделирование взаимодействия лидера серии М',С6-бис[(бензилокси)-метил]производных ННИОТ с ОТ ВИЧ комплексов с ГЭФТ-образным (ШТ2) и пиридоновым (2ВЕ2) ингибиторами выявило полное несоответствие характера взаимодействия данных ННИОТ и фермента. Понижение свободной энергии

связывания для исследуемого ННИОТ составило -9,5 ккал/моль в ГЭФТ-подобной модели и -9,9 ккал/моль для комплекса с пиридоновым ННИОТ, что также косвенно подтверждает неприменимость данных моделей для объяснения вирусингибиторных свойств исследуемого соединения.

Для соединений ряда 1,6-бис[(бензилокси)метил]урацила была также установлена активность в отношении вируса гриппа (подтип НШ1) в культуре МБСК-клеток. Обнаружено, что три из протестированных соединений проявляют активность на микромолярном уровне. Наиболее выраженным действием обладал 1-[(бензилокси)метил]-б-[(4-хлорбензилокси)метил]урацил (45), ингибировавший на 50% репродукцию вируса в концентрациях 2,0 рМ (визуальное определение ЦПД) и 3,4 |дМ (МТБ-тест) и превосходивший по активности используемые в практике препараты римантадин, амантадин и рибавирин. Следует отметить, что данное соединение показало низкую цитотоксичность (ЦК50 > 100 цМ, индексы селективности >50 и >29, соответственно).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования было синтезировано 38 новых, не описанных в литературе производных урацила, содержащих различные заместители при атомах азота и в положении 6 пиримидинового цикла, изучены их физико-химические свойства и антивирусная активность. Структура соединений доказана с помощью современных спектральных методов исследований — 1Н и 13С ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии высокого разрешения.

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:

1. Синтезированы соединения ряда 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила с использованием силильной модификации реакции Гилберта-Джонсона

2. Разработаны условия введения бензильного фрагмента в положение 3 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила

3. Разработан эффективный метод синтеза производных урацила и их аналогов, содержащих [(3-феноксибензил)окси]метильный и (дифенилметокси)-метильный заместители в положении 6 пиримидинового цикла

4. Разработаны условия конденсации б-[(бензилокси)метил]производных урацила с а-хлорэфирами, в которых осуществлен синтез соединений ряда 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила и их аналогов. Показано, что на выход продуктов оказывает существенное влияние стерический фактор как со стороны (бензилокси)метильного радикала в гетероцикле, так и со стороны алкилирующего агента.

5. Показано, что некоторые соединения ряда 1-[(бензоилокси)бензил]-производных урацила проявляют активность в отношении ОТ ВИЧ-1.

6. Найдено, что соединения ряда 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила ряда проявляют ингибиторную активность в отношении ОТ ВИЧ-1 в микромолярных концентрациях. Обнаружено, что соединения данного класса являются также мощными ингибиторами репродукции вируса гриппа.

В результате проведенной работы обнаружены ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ-1 и репродукции вируса гриппа (H1N1). Данные соединения представляют большой интерес в качестве основы для дальнейшей разработки высокоактивных противовирусных агентов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гейсман, А.Н. 1,6-Бис[(бензилокси)метил]производные урацила - новые ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ-1 [Электронный ресурс] / А.Н. Гейсман, В.Т. Валуев-Эллистон, М.С. Новиков // Современные проблемы науки и образования. — 2014. - № 3. Режим доступа: http://www.science-education.ru/117-13545.

2. Гейсман, А.Н. Ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы диарильной структуры: подходы к молекулярному конструированию и химическому синтезу (обзор) / А.Н. Гейсман, М.С. Новиков // Изв. Волгоградск. гос. тех. ун-та. -2013. - Вып. 11, №19 (122). - С. 5-24.

3. Гейсман, А.Н. Синтез 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила и их 1-алкоксиметильных аналогов / А.Н. Гейсман, A.A. Озеров, М.С. Новиков // Фундам. исслед. - 2013. - № 10 (часть 15). - С. 3477-3480.

4. Гейсман, А.Н. Синтез 6-диарилзамещенных производных пиримидин-4(ЗН)-она [Электронный ресурс] / А.Н. Гейсман, A.A. Озеров, М.С. Новиков И Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. Режим доступа: http://www.science-education.ru/! 13-11062.

5. Новиков, М.С. Методы синтеза 6-замещенных производных урацила -структурной основы противовирусных средств (обзор) / М.С. Новиков, А.Н. Гейсман // Химия гетероцикл. соединений. - 2013. - №10. - С. 1537-1564.

6. Matyugina, E.S. Structure-activity evaluation of new uracil-containing non-nucleoside inhibitors of HTV reverse transcriptase / E.S. Matyugina, V.T. Valuev-Elliston, A.N. Geisman [et al.] //Med. Chem. Commun.-2013.-№4.-P. 1443-1451.

7. Гейсман, А.Н. Синтез диарильных производных пиримидин-4(3#)-она-новых потенциальных противовирусных агентов / А.Н. Гейсман // Фундаментальные и прикладные науки сегодня. Материалы международной научно-практической конференции. Т. 1.-Москва, 2013. - С. 179-180.

8. Гейсман, А.Н. Синтез 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила и их 3-бензилированных аналогов как потенциальных противовирусных агентов / А.Н. Гейсман [и др.] // Волгоградск. науч.-мед. журн. - 2012. - №2. - С. 24-28.

9. Гейсман, А.Н. Синтез 6-[(бензилокси)метил] производных пиримидинонов как потенциальных антивирусных агентов / А.Н. Гейсман, К.Н. Лысенко // Материалы XVII региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. - 2012. - С. 21-22.

10. Гейсман, А.Н. Синтез 6-(арилокси)метил- и 6-[(арилметокси)метил]-производных пиримидин-4-она как потенциальных антиретровирусных агентов / А. Н. Гейсман // Вестник Волгоградск. мед. ун-та.: приложение. Материалы IV Всероссийского научно-практического семинара молодых ученых с международным участием «Современные проблемы медицинской химии. Направленный поиск новых лекарственных средств». - Волгоград, 2012. - С. 16-17.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВААРТ - высокоактивная антиретровирусная терапия

ГМДС - 1,1,1,3,3,3-гексаметилдисилазан

ГЭФТ — 1-[(2-гидроксиэтокси)метил]-6-(фенилтио)тимин

ДА ПИ - диарилпиримидины

ДМФА - Ы,К-диметилформамид

ДТ - дикий тип

МХУК — монохлоруксусная кислота

НИОТ - нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы

ННИОТ - ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы

ОТ - обратная транскриптаза

ТМС - тетраметилсилан

ТСХ — тонкослойная хроматография

ЯМР - ядерный магнитный резонанс

К/ - концентрация ненуклеозидного ингибитора обратной транскриптазы, обеспечивающая подавление активности фермента на 50%

МТв - 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-5-(3-карбоксиметоксифенил)-2-(4-сульфофенил)-

2//-тетразолия бромид

NCS — И-хлорсукцинимид

N18 -И-йодсукцинимид

Ру - пиридин

ГЕЙСМАН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

СИНТЕЗ И ПРОТИВОВИРУСНАЯ АКТИВНОСТЬ новых ДИАРИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА

14.04.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

Подписано к печати «_»_2014 г. Формат бумаги 60x84 1/24

Бумага книжно-журнальная. Печать ротапринтная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №_

Отпечатано в типографии государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (400131, г. Волгоград, площадь Павших Борцов, 1)