Молекулярное конструирование и целенаправленный синтез n-производных 1,3-диазинона-4 (стр. 2 )

В связи с этим мы сочли целесообразным рассматривать в качестве основного фармакофора ядро 4-оксопиримидина или хиназолинона-4, а в качестве вторичных фармакофоров - нейроактивные аминокислоты, ди - и трипептиды, гидразиды фенилуксусной кислоты, ароматические аминокислоты и π-избыточные гетероциклические системы.

Для связывания с ГАМКА-рецептором является важным не только определенное расстояние между анионными и катионными центрами, но и величины зарядов на них.

Вероятность проявления различных видов биологической активности определена с помощью программы PASS, обновленная версия которой (Version ) позволяет прогнозировать не только фармакологические свойства моделируемых соединений, но и возможные молекулярные механизмы их действия [Poroikov V. V. et al., 2005].

Предполагаемую ГАМК-ергическую активность производных 4-оксопиримидина можно объяснить взаимодействием с ГАМКА-рецептором и ингибированием трансаминазы аминомасляной кислоты: известно, что уридин и урацил при однократном введении повышают концентрацию ГАМК в ткани ЦНС.

Наибольшее нейропротекторное действие ожидается у 2,6-диметилпроизводных 4-оксопиримидина с остатком γ-аминомаслянной кислоты, а кардиотропным и когнитивнам, возможно, обладают пиримидоны полученные на основе дипептида глицилглицина.

Хиназолиноны-4 ассоциируются программой PASS с агонистами ГАМКС-рецептора и предположительно могут обладать значительным нейропротекторным действием и более высокой кардиотропной активностью, что в отличие от 4-оксопиримидинов, можно объяснить особенностью бензаннелированной системы.

Согласно прогнозу для хиназолинонов-4, содержащим остатки антипирина и тиазола, ожидается высокая вероятность проявления психотропной активности, что можно объяснить наличием основного фармакофора, который влияет на ГАМК-рецептор посредством взаимодействия с бенздиазепиновым сайтом.

Известно, что психотропная активность может реализоваться путем лиганд-рецепторных взаимодействий с медиаторными системами, сопряженными между собой, например, ГАМК-ергической, дофминергической и холинергической системами.

Исходя из этого, нами совместно с к. ф.н. исследовалось возможное влияние виртуальных структур на дофаминовую систему с использованием метода MSpace. Из полученных данных следует, что для анализируемых структур более вероятна дофаминомиметическая активность, а для производного 4-оксопиримидина с остатком γ-аминомасляной кислоты - более выраженная дофаминергическая активность.

Степень сходства молекулярных полей с D2-блокаторами и дофаминомиметиками может косвенно указывать на энергию связывания лиганд-дофаминовый рецептор и отражаться на психотропной активности прогнозируемых веществ.

На следующем этапе эксперимента осуществлялся гибкий докинг с участием ГАМК-ергических веществ с сайтом связывания эндогенного тормозного медиатора ГАМК. Компьютерный расчет позволил выявить остатки аминокислот, которые обладают максимальным энергетическим сродством с ГАМК. Важно, что эти данные соответствуют приведенным в литературе результатам радиолигандного биохимического эксперимента. Этот факт позволяет судить о достаточно высокой достоверности проводимых расчетов.

На рисунке 3 приведена компьютерная версия взаимодействия ГАМК с остатками аминокислот ГАМКА-рецептора, рассчитанная нами с использованием программы Autodock 4.0 и соответствующая данным эксперимента, опубликованного в научной литературе [, 1992].

Из числа прогнозируемых производных 1,3-диазинона-4 соединение PDMGAB, представляющее собой 4-(2,6-диметил-5-фенил-4-оксо-1,4-дигидропиримидил-1)бутановую кислоту, предположительно обладает наиболее высокой энергией взаимодействия с ГАМКА- рецептором.

Все прогнозируемые производные 4-оксопиримидина с остатками нейроактивных аминокислот и дипептидов могут обладать высокой дофаминергической активностью, а прогнозируемые константы ингибирования ГАМКА-рецептора предполагают наиболее значительную ГАМК-ергическую активность соединения PDMGAB.

Рисунок 3 - Расположение молекулы ГАМК и соединения PDMGAB на участке связывания ГАМК-А рецептора.

На основе молекулярного конструирования соединений, влияющих на ЦНС, обоснованы структуры новой перспективной группы - производных 1,3-диазинона-4 с остатками нейроактивных аминокислот и дипептидов, характеризующихся психотропным действием.

Молекулярное конструирование соединений обладающих противовоспалительным действием

В настоящее время поиск и создание эффективных и малотоксичных нестероидных противовоспалительных средств (НПВС), отвечающих современным требованиям фармакологии, является актуальной проблемой. Производные оксопиримидинов и хиназолинонов характеризуются широким спектром действия и являются перспективными с точки зрения поиска на их основе высокоэффективных НПВС. Изложенные выше принципы молекулярного конструирования мы использовали для прогноза противовоспалительной активности в ряду 1,3-диазинона-4.

Известно, что в структурах целого ряда классических НПВС содержится сульфамидный фрагмент.

Поэтому в соответствии с алгоритмом конструирование НПВС нами осуществлялось в ряду производных 1,3-диазинона-4, содержащих остатки сульфаниламидов, аминофенолов, аминокислот и пептидов.

Для производного 4-оксопиримидина с остатком антипирина (QphAnp) прогнозируется высокая вероятность проявления жаропонижающего и анальгетического действия, что, по-видимому, связано с вторичным фармакоформным фрагментом.

Замена остатка антипирина на тиазольный (QphTaz) достаточно сильно изменила картину компьютерного прогноза в сторону повышения противовоспалительной активности, что скорее всего, связано со значительным вкладом вторичного фармакофора.

Следует отметить, что 2,6-диметильные (PDMS) и 2,6-диэтильные (PDES) производные 4-оксопиримидина, содержащие в качестве вторичного фармакоформного фрагмента сульфаниламид (стрептоцид), могут являться ингибиторами медиаторов воспаления - простагландинов.

Хиназолиноны-4 с большей вероятностью ассоциируются программой PASS с агонистами α-интерферона и следовательно, возможно ожидать, что влияние производных хиназолинона-4 с остатками глицилглицин и диглицилглицина на иммунную систему организма связанно с механизмом образования интерферонов. В то же время 2-фенилхиназолинон-4 (QPhD) и его ациклический аддукт (NcQPhD) с фрагментом дапсона предположительно будут обладать наиболее высокой противовоспалительной активностью среди прогнозируемых структур.

Синтез N-замещенных производных 1,3-диазинона-4

и их ациклических аддуктов

Согласно комплексному подходу к молекулярному конструированию БАС нами осуществлен синтез труднодоступных производных 4-оксопиримидинов, а также некоторых их ациклических аддуктов. С целью выявления вклада основного фармакофора и вторичных фармакоформных фрагментов в биологическую активность получены вещества, относящиеся к различным репрезентативным рядам N-замещенных производных 4-оксопиримидина (рис. 4).

Рисунок 4 - N-замещенные производные 1,4-дигидро-4-оксопиримидина

Для синтеза N-замещенных производных 1,4-дигидро-4-оксопиримидина использовалась реакция циклоконденсации N-ацил-β-кетоамидов с аминами. Однако было установлено, что этот метод не всегда приводит к образованию продуктов с удовлетворительными выходами, а взаимодействие со слабыми нуклеофилами практически не протекает.

С целью расширения границ синтеза 1,4-дигидро-4-оксопиримидинов нами совместно с изучен механизм реакции циклоконденсации. Это позволило разработать новые условия синтеза, отличающиеся от известных тем, что взаимодействие исходных соединений проводят с добавлением в реакционную среду полярных апротонных растворителей. Модифицированная методика взаимодействия N-ацил-β-кетоамидов с аминами позволяет увеличить выход продуктов реакций по сравнению с методом синтеза только в среде ледяной уксусной кислоты.

В связи тем, что производные 4-оксопиримидинов, синтезированные на основе ГАМК, характеризуются высокой психотропной активностью, мы сочли целесообразным с целью повышения растворимости получить литиевую соль соединения PDMGАВ.

Это удается осуществить взаимодействием 4-(2,6-диметил-5-фенил-4-оксо-1,4-дигидропиримидил-1)бутановой кислоты (PDMGАВ) с метилатом лития в среде метанола.

Этиловый эфир 4-(2,6-диметил-5-фенил-4-оксо-1,4-дигидропиримидил-1)-бутановой кислоты (PDMGABEt) получен взаимодействием этилового эфира ГАМК с соответствующим N-ацетил-β-кетоамидом (1) в модифицированных условиях.

В структуре п-диаминофенилсульфона (2) содержатся две первичные аминогруппы, что позволяет синтезировать бис-гетерил замещенные (3) на основе соответствующих N-ацил-β-кетомидов (4). Для формирования второго гетероциклического фрагмента требуется больше времени. Таким образом, взаимодействием дапсона с почти тройным избытком N-ацил-β-кетомидами получен целевой продукт, содержащий два гетероциклических пиримидиновых фрагмента (3). В виде примеси, в реакционной среде содержится соединение, имеющее только один пиримидиновый цикл. Формирование второго гетероциклического ядра остается незавершенным.

Стирильные производные 2,6-диметил-4-оксопиримидина практически не изучены. Для их получения в качестве метиленактивного компонента использован 2,6-диметил-1,4-дигидро-4-оксопиримидин (5), содержащий в нуклеозидном положении фенильный, пиридильный заместители, а также остатки сульфаниламида и ацетофенона. В качестве карбонильной составляющей применялись различные бензальдегиды (6), содержащие электронодонорные группы.

На основе данных ИК - и 1Н ЯМР-спектроскопии установлено, что 2-стирилпроизводные 1,4-дигидро-4-оксопиримидина (7) имеют трансоидную конфигурацию.

Известно, что N-замещенные амиды антраниловой кислоты представляют значительный интерес как биологически активные вещества. В наших исследованиях амиды о-бензоиламинобензойной кислоты использованы в качестве ациклических предшественников хиназолинонов-4. Вместе с тем сопоставление биологической активности соответствующих диамидов с хиназолинонами позволяет выявить вклад основного фармакофора в проявлении различных фармакологических эффектов.

Все это явилось основанием для синтеза диамидов взаимодействием 2-фенилбеноксазинона-4 с различными аминами в условиях кислотного катализа, что позволило получить ряды N-замещенных производных о-бензоиламинобензойной кислоты.

Перспективным способом синтеза амидов о-бензоиламинобензойной кислоты (10) является взаимодействие 2-фенилбензоксазинона-4 (8) с ароматическими аминами (9). Нами усовершенствована методика синтеза диамидов путем кипячения исходных веществ в среде ледяной уксусной кислоты.

На рисунке 6 представлены остатки первичных аминов, на основе которых получены N-замещенные производные о-бензоиламинобензойной кислоты

Рисунок 6 - N-замещенные производные о-бензоиламинобензойной кислоты

С целью выявления реакционной способности аминного компонента, нами осуществлен расчет молекулярных диаграмм исходных ароматических аминов методом АМ-1 программой «Mopac» с учетом диэлектрической проницаемости ледяной уксусной кислоты, в среде которой протекает реакция.

Величины частичного отрицательного заряда на атоме азота аминогруппы исходных аминов практически одинаковые и не могут существенно влиять на выход целевых продуктов, что наглядно прослеживается на примере о-толуидина в сравнении с анилином. Возможно, что более значительное влияние на течение реакции оказывают стерические эффекты, обусловленные наличием метильного заместителя в орто-положении бензольного ядра.

Выявленная закономерность, характерная для реакционной способности первичной ароматической аминогруппы, подтверждается очень низким выходом продукта реакции с бензиламином. В этом случае аминогруппа проявляет заниженные нуклеофильные свойства.

Нами также были синтезированы амиды N-бензоилантраниловой кислоты (11) на основе гидразидов бензойной (NcQPhAmBK) и фенилуксусной кислот (NcQPhfu34om) в среде метилэтиленгликоля.

В этих условиях реакция селективно протекает с образованием диамидов. Вероятно, на ход процесса существенное влияние оказывает реакционная среда. Однако, такие биогенные соединения, как аминокислоты, не растворяются в метилэтиленгликоле, и соответственно, получить на их основе производные о-бензоиламинобензойной кислоты не удаётся.

По результатам молекулярного докинга лиганд-рецептор N-ацетил-4,5-диметокси-2-(-2-оксопропиламино)бензиламид (NcQM6,7OMBenz) характеризуется высокой энергией взаимодействия с ГАМКА-рецептором, чем и может быть обусловлена его психотропная активность. В соответствии с вышеизложенным прогнозом, осуществлен синтез NcQM6,7OMBenz для исследования его влияния на ЦНС.

Реализовать синтез удалось взаимодействием 6,7-диметокси-2-метилбензоксазинона-4 (12) с бензиламином (13) в среде изобутилового спирта с добавлением диметилсульфоксида.

С целью расширения области применения реакции взаимодействия изатового ангидрида (14) с аминами осуществлена оптимизация условий синтеза. В качестве амина был использован бензиламин (13). Целевой продукт - бензиламид о-бензоиламинобензойной кислоты (NcPhBenz) был получен также встречным синтезом на основе 2-фенил-1,3-бензоксазинона-4 (8).

В результате исследований нами впервые синтезированы ряды производные амидов о-бензоиламинобензойной кислоты на основе аминокислот, сульфаниламидов и гидразидов ароматических кислот.

Ранее среди N-замещенных хиназолинонов-4 были выявлены соединения с высокой психотропной и противовоспалительной активностью, поэтому представлялось целесообразным получить новые производные данной группы и продолжить изучение закономерностей взаимосвязи структура-активность (рис. 7).

Рисунок 7 - N-замещенные производные хиназолинона-4

Модифицированная нами методика синтеза в условиях кислотного катализа обладает более высокой селективностью и, в зависимости от строения аминной компоненты, в одних случаях приводит к хиназолинонам, а в других – диамидам.

Анализ возможных путей протонирования и последующего формирования продукта осуществлялся с учетом теплот образования и энергий Гиббса. С этой целью были определены энергетические составляющие процесса на каждой стадии в условиях предложенного нами кислотного катализа. В качестве модельных аминных компонентов были выбраны глицилглицин и ПАБК.

Для синтеза N-гетерилзамещенна хиназолинонов-4 нами использован ранее описанный способ замены гетероатома кислорода в бензоксазиноне, а также новую методику, позволяющую исключить предварительное получение 2-фенилбензоксазинона-4 (8). Нам удалось осуществить прямую циклоконденсацию о-бензоиламинобензойной кислоты (15) с гетериламинами до хиназолинона-4, используя полярный апротонный растворитель – диметилсульфоксид.

Het = ,

Следует подчеркнуть, что разработанная нами методика отличается высокой селективностью в реакции взаимодействия 2-фенил-1,3-бензоксазинона-4 с пептидами, приводящей к образованию 3N-замещённых производных хиназолинона-4.

Из всех апробированных нами совместно с аспирантом способов синтеза [2-(4-оксо2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)ацетиламино]-уксусной кислоты (QPhGG) наиболее удачным оказалось взаимодействие 2-фенил-1,3-бензоксазинона-4 с глицилглицином в среде уксусной кислоты. Использование небольших количеств (0,5 мл) ДМСО увеличивает выход продукта QPhGG с 35% до 51%.

В аналогичных условиях осуществлён синтез хиназолинонов (17) с другими остатками дипептидов (16): вещество QPhGT получено на основе глицилтирозина, а соединение QphAlaVal – взаимодействием с аланилвалином.

R-Н, R1-CH2 –COOH (QPhGG); R - Н, R1-CН(СООН)-СН2-С6Н5ОН (QPhGT);

R –СН3, R1-CН(СООН)-СН(СН3) (QphAlaVal)

Нами совместно с аспирантом установлено, что взаимодействие 2-фенил-1,3-бензоксазинона-4 (8) с трипептидом – диглицилглицином (18) приводит не только к хиназолинону-4, но и к формированию дикетопиперазинового фрагмента циклизацией двух концевых остатков глицина (QPhGGG).

Метод молекулярного конструирования позволил прогнозировать высокую биологическую активность 6,7-диметоксизамещенных производных хиназолинона-4, поэтому мы предприняли поиск путей синтеза наиболее перспективных соединений этого ряда. В качестве исходного вещества был выбран 6,7-диметокси-2-метилбензоксазинон-4.

Нами совместно с сотрудниками НИИФОХ при Ростовском государственном университете и УРАН ЮНЦ[1] была предложена новая модификация синтеза, основанная на взаимодействии нитрогомовератровой кислоты (19) и ПФК, с последующей обработкой реакционной смеси небольшим количеством уксусного ангидрида, что приводит к N-ацетилдиметоксиантраниловой кислоте (20).

Повторное кипячение в среде уксусного ангидрида приводит к замыканию цикла с образованием 6,7-диметокси-2-метилбензоксазинон-4 (21), который, взаимодействуя с аминным компонентом, превращается в целевые производные 6,7-диметокси-2-метилхиназолинона-4 (22).

Реализовать последнюю стадию синтеза взаимодействием с ароматическими аминокислотами и глицилглицином удалось по разработанной нами методике синтеза 2-фенилхиназолинонов-4 в условиях кислотного катализа, что свидетельствует о возможности расширения области получения хиназолинонов-4 на основе труднорастворимых аминов, обладающих слабыми нуклеофильными свойствами.

Фармакологическая активность производных 1,3-диазинонов-4

Фармакологическая активность синтезированных в соответствии с прогнозом соединений исследована на кафедре фармакологии Пятигорской ГФА, кафедре патологии и физиологии Пятигорской ГФА и кафедре фармакологии и биофармации ФУВ Волгоградский государственный медицинский университет.

Результаты фармакологических исследований призваны помимо доказательства достоверности молекулярного конструирования выявить практическую ценность работы и возможные пути создания лекарственных препаратов на основе производных 4-оксопиримидина и хиназолинона-4.

Алгоритм молекулярного конструирования применялся для анализа двух типов взаимодействий прогнозированных соединений с биосубстратом: лиганд-рецептор и лиганд-фермент. Соответственно исследовались те виды биологической активности, которые в первую очередь связаны с взаимодействием лиганд-ГАМК-рецептор и лиганд-ЦОГ-фермент.

Психотропная активность синтезированных соединений изучается профессором (ВолГМУ), гипогликемическая, глюкозурическая, диуретическая активность и острая токсичность изучены профессором В. Е Погорелым и к. ф.н. , актопротектарная, диуретическая и антигипоксическая активность – доцентом , гипотензивная и аналептическая активность – доцентом , влияние на мозговой кровоток – к. ф.н. , противовоспалительное действие – доцентом , церебропротекторная активность – старшим преподавателем , иммунотропное действие – старшим преподавателем , спазмолитическая и кардиотропная активность – к. ф.н. (все – Пятигорская ГФА) за что мы выражаем им глубокую благодарность.

Первичный фармакологический скрининг производных 4-оксопиримидина, полученных на основе γ-аминомасляной кислоты и глицилглицина, показал, что PDMGAB обладает психоактивирующей и обезболивающей активностью; соединение PDЕGAB – анксиолитическим и ноотропным действием; соединение PDMGG – антидепрессивным в сочетании с анксиоседативным действие; PDЕGG – психостимулирующим и ноотропным действием.