Реферат: Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів
Реферат: Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів
МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ
ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені ДАНИЛА ГАЛИЦЬКОГО
АТАМАНЮК ДМИТРО ВАЛЕРІЙОВИЧ
УДК 615.012.1.076:547.789.6
СИНТЕЗ, ПЕРЕТВОРЕННЯ ТА БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ ПОЛІЦИКЛІЧНИХ КОНДЕНСОВАНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ 4-ТІАЗОЛІДОНІВ
15.00.02 – фармацевтична хімія та фармакогнозія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фармацевтичних наук
Львів - 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі фармацевтичної, органічно біоорганічної хімії Львівського національного медичного університету імен Данила Галицького Міністерства охорони здоров'я України.
Науковий керівник: доктор фармацевтичних наук, професор
Лесик Роман Богданович
Львівський національний медичний університет
імені Данила Галицького, професор
кафедри фармацевтичної, органічної і біоорганічної хімії.
Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор
Новіков Володимир Павлович
Національний університет "Львівська політехніка",
завідувач кафедри технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології;
доктор фармацевтичних наук, професор
Коваленко Сергій Іванович
Запорізький державний медичний університет,
професор кафедри фармацевтичної хімії.
Захист відбудеться " 23 " травня 2008 року о 10оо год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.600.02 у Львівському національному медичному університеті імені Данила Галицького за адресою: 79010, м. Львів, вул. Пекарська, 69.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького (79000, м. Львів, вул. Січових Стрільців, 6).
Автореферат розісланий " 17 " квітня 2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
Гасюк Г.Д.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Сучасні проекти створення лікарських засобів базуються на дентифікації біологічної мішені, пов’язаної з патологічним процесом. Використання такої стратегії до 4-тіазолідонів дозволило виявити їх груповий афінітет до сімейства PPAR-рецепторів, ряду регуляторних цитокінів TNFб/TNFrc-1, Bcl-XL/BH3, ензимів – JSP-1, COX-2/5-LOX, UDP-MurNAc/L-Ala лігази тощо. За даними баз Negwer та Merck Index успіхи у дослідженн 4-тіазолідонів дозволили впровадити у медичну практику 9 лікарських засобів та одержати понад 15 «лікоподібних молекул», які знаходяться на різних стадіях клінічних досліджень. Анелювання нових гетероциклічних фрагментів, як поширений прийом у фармацевтичній хімії для обмеження конформаційної гнучкості активних молекул, є перспективним та недостатньо вивченим напрямком пошуку біологічно активних сполук на основі 4-тіазолідонів, враховуючи факт ймовірного імітування конденсованими системами біофорних фрагментів своїх синтетичних прекурсорів. Дослідження в галузі хімії та фармакології конденсованих похідних на основ 4-тіазолідонів відображені у роботах Б.С. Зіменковського, Й.Д. Комариці, О.В. Владзімірської, Р.Б. Лесика, R. Markovic, N.A.L. Kassab, H.A. Ead, N.H. Metwalli та інших. Традиційно наведений клас гетероциклів вивчався на предмет протимікробної, протигрибкової та протизапальної активностей, однак інші види біологічних ефектів, особливо, пов’язані з 4-тіазолідонами, антиоксидантний та протипухлинний, не досліджувались або досліджувались спорадично. Тому синтез, поглиблене вивчення фізико-хімічних і фармакологічних властивостей нових поліциклічних конденсованих похідних на основі 4-тіазолідону та встановлення зв’язку «структура-дія» є актуальними для сучасної фармацевтичної хімії.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом проблеми «Фармація» МОЗ України і є фрагментом комплексно науково-дослідної роботи Львівського національного медичного університету імен Данила Галицького (державна реєстрація № 0101U009227, шифр теми ІН 10.06.0001.01).
Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи був синтез та вивчення біологічної активност нових конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів.
Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:
Ø синтезувати нові поліциклічні конденсовані гетероцикли з тіопірано[2,3-d]тіазольним каркасом на основі 5-(R-метиліден)-4-тіоксо-2-тіазолідонів як гетеродієнів та серії дієнофілів (похідні 2-норборнену, ароїлакрилові кислоти, 1,4-нафтохінон тощо) у реакції гетеро-Дільса-Альдера;
Ø дослідити можливості структурної модифікації функціоналізованих тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів за положенням 3 та альдегідними і карбоксильними групами тіопіранового фрагменту для оцінки напрямків оптимізації «сполук-лідерів»;
Ø дослідити особливості перебігу [4+2]-циклоприєднання 5-етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідону з похідними ненасичених карбонових кислот та 1,4-нафтохіноном, а також тандемні «доміно»-реакц 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданіну з акролеїном;
Ø вивчити спектральні характеристики синтезованих сполук та провести рентгеноструктурне дослідження однієї з речовин;
Ø дослідити протипухлинну, антиоксидантну, протигіпоксичну, протитуберкульозну, протисудомну, гастропротекторну та противірусну активності синтезованих сполук;
Ø вивчити ліпофільність, провести докінгові дослідження та QSAR-аналіз групи потенційних протиракових агентів, на основі чого висунути гіпотезу про механізм дії та сформулювати рекомендації до раціонального дизайну «лікоподібних молекул».
Об’єктами дослідження були реакція гетеро-Дільса-Альдера у синтез тіопірано[2,3-d]тіазолів, взаємодія 4-тіоксо-2-тіазолідонів (ізороданінів) з оксосполуками, реакції гетероциклізації, ацилювання, тіонування, алкілювання, рециклізації та «доміно»-процеси.
Предметом дослідження стали поліциклічні конденсовані системи з тіопірано[2,3-d]тіазольним фрагментом у молекулах, одержані на основі 4-тіазолідонів, як базов «структурні каркаси» для пошуку біологічно активних сполук.
Методи дослідження: органічний синтез, спектральні методи аналізу (ЯМР- та мас-спектроскопія), рентгеноструктурний аналіз, елементний аналіз, тонкошарова хроматографія, фармакологічний скринінг, QSAR-аналіз, докінгові дослідження.
Наукова новизна одержаних результатів. Реакцією гетеро-Дільса-Альдера синтезовано неописані в літературі 3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецени-4(8), 3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадецени-4(8), а також тіопірано[2,3-d]тіазоли на основі акролеїну, ароїлакрилових кислот, диметилацетилендикарбоксилату та N-карбоксиметилмалеїніміду як дієнофілів. Встановлено, що при використанні 1,4-нафтохінону в реакції гетеро-Дільса-Альдера з 5-(R-метиліден)ізороданінами проходить спонтанна дегідрогенізація аддукту надлишком реагенту. Вперше доведено можливість синтетичної утилізац 5-алкіліденізороданінів як гетеродієнів. Встановлено, що взаємодія 5-етоксиметиліденізороданіну з ацетилендикарбоновою кислотою та її метиловим естром, ароїлакриловими кислотами і 1,4-нафтохіноном проходить із спонтанними перетвореннями [4+2]-аддукту, які включають не тільки встановлену раніше елімінацію молекули етанолу, а й декарбоксилювання та перегрупування подвійних зв’язків в залежності від природи дієнофілу. Запропоновано нову каскадну «доміно»-реакцію, яка полягає у взаємодії 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном та поєднує гетеродієновий синтез і утворення циклічного напівацеталю. Показано, що взаємодія 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтових кислот з амінопохідними в жорстких умовах проходить з рециклізацією у спірозаміщений піролідиндіоновий цикл і утворенням 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5 -тріонів. Запропоновано метод синтезу амідів карбонових кислот з групи поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів з використанням N,N-дициклогексилкарбодііміду (DCC).
Проведено спрямований синтез 199 сполук, cеред яких ідентифіковано 32 речовини з високою протипухлинною, антиоксидантною, протигіпоксичною, протитуберкульозною, протисудомною, гастропротекторною та противірусною активностями. Протипухлинний та антиоксидантний ефекти тіопірано[2,3-d]тіазолів виявлено вперше, що свідчить про новизну та пріоритет дослідження. На основі вивчення ліпофільності сполук, COMPARE-аналізу, докінгу та QSAR-аналізу запропоновано рекомендації до раціонального дизайну потенційних протиракових агентів. Наукова новизна роботи підтверджена патентами України на корисну модель №7150 (2005 р.), №17608 (2007 р.), №17828 (2007 р.).
Практичне значення одержаних результатів. Розроблено методи синтезу та перетворень тіопірано[2,3-d]тіазолів. Виявлено нові високоактивні сполуки для поглиблених доклінічних досліджень. Встановлено кореляції «структура-активність» та сформульовано критерії для спрямованого синтезу і прогностичні характеристики для «лікоподібних молекул» з групи конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів. Фрагменти роботи впроваджено в науковий та навчально-методичний процеси Національного фармацевтичного університету (акти впровадження від 15.11.2006, 25.11.2006), а також включено у програму навчальної дисципліни «Комп’ютерн технології у фармації» (акт впровадження від 20.12.2007).
Особистий внесок здобувача. У ході виконання роботи автором реалізовано виконання експериментальної частини, узагальнення результатів та формулювання положень висновків, які виносяться на захист. Співавторами наукових праць є науковий керівник, а також науковці, з якими проводились спільні фізико-хімічні та біологічні дослідження.
Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на VII Міжнародній конференції студентів медицини (Краків, Польща, 2003), XIX та XX Наукових з’їздах Польського фармацевтичного товариства (Вроцлав, 2004; Катовіце, 2007), VI Національному з’їзді фармацевтів України (Харків, 2005), Симпозіумі з хімічної біології нуклеїнових кислот (Оденсе, Данія, 2005), І Міжнародній науково-практичній конференції «Науково-технічний прогрес і оптимізація технологічних процесів створення лікарських препаратів», (Тернопіль, 2006), Міжнародній конференції «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, Росія, 2006), Міжнародній конференції «Хімія азотовмісних гетероциклів» ХАГ-2006 (Харків, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції «Створення, виробництво, стандартизація, фармакоекономічні дослідження лікарських засобів та біологічно активних добавок» (Харків, 2006), Всеукраїнській науково-практичній конференц «Ліки-людині» (Харків, 2007), Всеукраїнській конференції «Домбровські хімічн читання» (Тернопіль, 2007), XI науковій конференції «Львівські хімічні читання» (Львів, 2007), Міжнародній науковій конференції «Bridges in Life Sciences» (Печ, Угорщина, 2007), засіданні кафедри фармацевтичної, органічно біоорганічної хімії ЛНМУ ім. Данила Галицького (Львів, 2008).
Публікації. За результатами дисертації опубліковано 32 наукові роботи, з яких 6 статей - у наукових фахових виданнях, 5 статей - в іноземних фахових журналах та 21 тези доповідей. Одержано 3 патенти на корисну модель.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із переліку умовних скорочень, вступу, п’яти розділів, висновків, списку літератури та 3 додатків (3 c.). Загальний обсяг дисертації - 126 сторінок. Робота ілюстрована 48 таблицями (44 с.) і 11 рисунками (4 с.). Перелік використаної літератури містить 307 джерел.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
1. Cинтез нових поліциклічних систем з тіопірано[2,3-d]тіазольним каркасом на основі 5-ариліден- та гетериліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів
З метою вивчення впливу «фіксування» біофорного 5-іліден-4-тіазолідонового фрагменту у конденсованих гетеросистемах на зміну фармакологічного профілю сполук та кореляцію «структура-активність» одержано нові похідні тіопірано[2,3-d]тіазолів за реакцією гетеро-Дільса-Альдера на основі 5-ариліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів (5-ариліденізороданінів) як ключових гетеродієнів.
Використання акролеїну як дієнофіла (схема 1) дозволяє синтезувати 2-оксо-7-арил-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-6-карбальдегіди 2.1-2.4 та функціоналізувати тіопіранотіазолове ядро для наступних хімічних перетворень. Так, взаємодією 2.2 з тіосемікарбазидом одержано тіосемікарбазон 2.5, який у реакц [2+3]-циклоконденсації з N-(4-етоксикарбонілфеніл)малеїнімідом утворює похідне тіопірано[2,3-d]тіазолу з 4-тіазолідоновим фрагментом у боковому ланцюзі (2.6). Структура одержаних сполук підтверджена ПМР спектрами, причому КССВ (J = 4,5-4,7 Гц) дублету протону в положенні 7 (д = 4,23-4,27 м.ч.) вказує на його відносне транс-розташування до протону в положенні 6.
Схема 1
Рис. 1. Віднесення сигналів і кореляції НМВС сполуки 2.14.
Ряд нових функціоналізованих тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів 2.7-2.20 (схема 2) одержано при використанні як дієнофілів диметилацетилендикарбоксилату, ароїлакрилових кислот, а також N-карбоксиметилмалеїніміду, одержаного іn situ тривалим кип’ятінням малеїнового ангідриду і гліцину в оцтовій кислоті.
Схема 2
Рис.2. РСА сполуки 2.23
Перебіг [4+2]-цикло-приєднання ароїлакрилових кислот, а саме утворення продукту А (схема 2), підтверджено інтерпретацією гетероядерно кореляції спектрів 1Н-13С через один хімічний зв'язок (метод HMQC) та через 2-3 хімічних зв'язки (метод НМВС). За кореляціями аліфатичних протонів тіопіранового циклу з атомом карбону оксогрупи встановлено віднесення сигналів та кореляції НМВС на прикладі сполуки 2.14 (рис 1.). На основі спектрів ПМР сполук 2.11-2.17 за КССВ (J = 10,3 Гц) дублетів протонів 5-Н, 7-Н та триплету 6-Н протону (д = 3,28-4,67 м.ч.) можна констатувати взаємне цис-розташування усіх протонів водню, а для похідних 2.18-2.20 (д = 4,00-4,82 м.ч.) - цис-конфігурацію (J = 8,8 Гц) 5-Н і 6-Н та транс-розташування 6-Н і 7-Н протонів (J = 4,8 Гц).
Взаємодією 5-арил(гетерил)іденізороданінів з 2-норборненом одержано 9-Ar(Het)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-они-6 2.21-2.42 (схема 2), стерео-конфігурація яких доведена рентгеноструктурним аналізом (РСА) сполуки 2.23 (рис 2).
На основ ангідриду 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти синтезовано арил- (2.43-2.51) та бензиліміди (2.52-2.58), імідоалканкарбонов кислоти (2.59-2.65), їх естри (2.66-2.69) і аміди (2.70-2.85) та ариліденпохідн циклічного гідразиду (2.86, 2.87), які використані як дієнофіли в [4+2]-циклоконденсаціях (схеми 3, 8), а також для вивчення протисудомної активності. При взаємод мідів з 5-арил(гетерил)іденізороданінами одержан 3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадецени-4(8) 2.88-2.144. Враховуючи попередні дослідження стереоселективності аналогічної реакції з 2-норборненом та відому стерео-конфігурацію дієнофілів – N-заміщених біцикло[2.2.1]гепт-5-ен-2,3-дикарбоксімідів, можна зробити висновок про аналогічну структуру 2.88-2.144 (схема 3).
Схема 3
При дослідженні взаємод 5-арил(гетерил)іден-4-тіоксо-2-тіазолідонів з 1,4-нафтохіноном очікуван продукти [4+2]-циклоприєднання зазнають спонтанної оксидації надлишком нафтохінону, що дозволило одержати ряд 11-заміщених 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріонів 2.145-2.156, які містять у своїй структурі біофорні фрагменти протиракових лікарських засобів - адріаміцину, даунорубіцину, мітоксантрону та мітоміцину С (схема 4).
Схема 4
Підтвердженням проходження спонтанної дегідрогенізації є синглет протону у положенні 11 при 5,40-5,75 м.ч. у спектрах ПМР.
2. Синтез нових тіопірано[2,3-d]тіазолів на основ 5-(цикло)алкіліден- та етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів
Сучасні вимоги до нових біологічно-активних сполук обґрунтовують створення «лікоподібних молекул» з невисокою молекулярною масою (до 500). Тому з метою заміни арильних та гетерильних субституентів тіопірано[2,3-d]тіазолів на структурно простіші, як гетеродієни у реакції гетеро-Дільса-Альдера досліджено серію 5-алкілідензаміщених ізороданінів (схема 5). 5-Eтоксиметиліденізороданін 3.5 синтезовано за відомим методом (Ead, 1987), 5-(цикло)алкіліденізороданіни (3.1-3.4) одержано взаємодією ізороданіну з 10-15-кратним надлишком відповідного кетону при кімнатній температурі у присутності моноетаноламіну, а для синтезу 5-метоксикарбонілметиленізороданіну 3.6 використано тіонування його 4-оксоаналогу (Р.Б. Лесик, Б.С. Зіменковський, 2004).
