Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из проблем фармацевтической химии является создание новых высокоэффективных и малотоксичных отечественных лекарственных средств. Производные 2-тиопиримидина являются перспективными базовыми объектами для синтеза новых биологически активных веществ. Это объясняется родством их структуры с природными биологически активными соединениями - нуклеотидами, алкалоидами, витаминами; широким спектром их фармакологической активности и возможностью химической модификации путем введения заместителей по атомам серы, азота и кислорода.
Некоторые производные 2-тиопиримидина применяются в медицине в качестве антити-реоидных препаратов, для внутривенного наркоза и профилактики гипоксии мозга при травмах, обладают высокой противомикробной активностью, ингибируют обратную транскриптазу ВИЧ-1, что позволяет использовать их для лечения ВИЧ-инфекций. Кроме того, в ряду производных 2-тиопиримидина обнаружены соединения с высокими противовоспалительной и ан-тиоксидантной активностями.
Производные тиетана обладают гипотензивной, антидепрессивной, противомикробной активностями и представляют интерес для синтеза новых биологически активных веществ, но в литературе нет сведений о биологических свойствах тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
Поэтому исследование реакций производных 2-меркаптопиримидин-4(ЗЯ)-она с 2-хлорметилтиираном, изучение физико-химических и биологических свойств синтезированных тиетансодержащих производных, разработка на этой основе методов синтеза новых классов потенциально биологически активных соединений является перспективным и актуальным направлением поиска новых потенциальных лекарственных средств.
Степень разработанности темы исследования. В литературе описаны исследования по синтезу и изучению биологической активности тиетансодержащих производных пирими-дин-2,4(1Н,ЗН)-дионов (N. Nishizono et al., 2007; N. Nishizono et al., 2011).
В Башкирском государственном медицинском университете было изучено взаимодействие производных пиримидин-2,4(1Н,ЗН)-диона с 2-хлорметилтиираном, при котором были получены ^-производные, и изучены физико-химические и биологические свойства синтезированных соединений (В.А. Катаев и др., 2013; С.А. Мещерякова и др., 2016). Однако до настоящего времени остаются неизученными способы получения и свойства О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
Цель исследования: создание биологически активных веществ на основе новых О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
Задачи исследования:
-
Исследование реакций производных 2-тиопиримидина с 2-хлорметилтиираном в протонных растворителях и разработка оптимальных способов получения О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
-
Исследование окисления О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
3. Изучение взаимодействия 6-метил-2-(алкилтио)-4-(тиетан-3-илокси)пиримидинов с
гидразингидратом.
4. Исследование взаимодействия 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-
илтио]ацетогидразида с производными карбоновых кислот, с альдегидами и кетонами, р-
дикарбонильными соединениями, малеимидами. Получение солей 2-[6-метил-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидин-2-илтио]уксусной кислоты.
-
Изучение физико-химических свойств, установление структуры синтезированных соединений комплексом спектральных методов и возможных изомеров полученных соединений с применением двумерной спектроскопии ЯМР.
-
Проведение скрининга биологической активности впервые синтезированных соединений, установление зависимости «структура-активность» и отбор биологически активных веществ для дальнейших углубленных исследований.
Научная новизна. Впервые изучено взаимодействие производных 2-тиопиримидина с 2-хлорметилтиираном. Установлено, что в протонных растворителях протекает тииран-тиетановая перегруппировка и образуется смесь продуктов О4- и Л^-алкилирования с преобладанием О-тиетансодержащих производных. Максимальные выходы О4- и N3-тиетанпроизводных достигнуты при взаимодействии исходных соединений с 1,1-кратным мольным избытком 2-хлорметилтиирана при проведении реакции при температуре 40-50С в течение 1-2,5 ч.
Исследовано окисление О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина, установлено, что происходит десульфуризация и в результате образуется 4-(1,1-диоксотиетан-3-илокси)-6-метилпиримидин-2(1Я)-он.
Изучено взаимодействие 6-метил-2-(алкилтио)-4-(тиетан-3-илокси)пиримидинов с гид-разингидратом в различных условиях, установлено, что при кипячении с избытком гидразин-гидрата в среде н-бутанола происходит образование 4-гидразинил-6-метил-2-(алкилтио)пиримидинов, а в случае этил-2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]ацетата - образование 2,4-дигидразинил-6-метилпиримидина. Взаимодействие этил-2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]ацетата с избытком гидразингидрата в среде этанола при комнатной температуре приводит к образованию 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]ацетогидразида.
Исследовано взаимодействие 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-
илтио]ацетогидразида с производными карбоновых кислот, с альдегидами и кетонами, ацето-уксусным эфиром, малеимидами, и впервые получены не известные ранее N,W-диацилгидразины, ацилгидразоны, гидразинилсукцинимиды. С использованием спектроскопии ЯМР изучена ^-изомерия гидразида, #Д-диацилгидразинов, ацилгидразонов и показано, что гидразид существует в смеси is.Z-изомеров за счет заторможенного вращения вокруг гидразидной связи N-C с преобладанием Z-изомера; 4-(2-{2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]ацетил}гидразинил)-4-оксобутен-2-овая кислота в ДМСОч4 существует в виде Zc-N^N-С=О-конформера, #'-{2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]ацетил}бензогидразид в CDC13 существует в форме, имеющей структуру ZC-NZn-С=О-конформера; ацилгидразоны в неполярных растворителях существуют в одной амидной Е-форме, в полярных растворителях находятся в смеси двух E,Z-изомеров.
Впервые получены соли 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]уксусной кислоты.
В результате исследования биологической активности выявлены соединения с высоки
ми противомикробной, противогрибковой, антиоксидантной активностями, при этом стимули
рующие образование активных форм кислорода в фагоцитах, относящиеся к классу относи
тельно безвредных веществ. Установлено, что производные 2-[6-метил-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидин-2-илтио]ацетогидразида проявляют высокую противомикробную актив
ность, которая зависит от строения составляющей гидразидного фрагмента. Высокую антиок
сидантную активность проявляют илиденгидразиды 2-[6-метил-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидин-2-илтио]уксусной кислоты, при этом способность О-тиетанпроизводных уменьшать генерацию свободных радикалов зависит от строения заместителей в фенильном кольце.
Новизна исследований подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение
№ 2626651 «(5-Бром-2-гидроксифенил)метилиденгидразид 2-[6-метил-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидин-2-илтио]уксусной кислоты, проявляющий антиоксидантную активность».
Теоретическая и практическая значимость. В ходе исследования разработана теоретическая основа синтеза перспективных новых рядов высокоэффективных, малотоксичных биологически активных веществ на основе О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
Разработаны эффективные методы синтеза 6-метил-2-(алкилтио)-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидинов, 4-гидразинил-6-метил-2-(алкилтио)пиримидинов, 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-илтио]уксусной кислоты, е этилового эфира, гидразида, N,N-диацилгидразинов, ацилгидразонов, гидразинилсукцинимидов.
Показана возможность использования двумерной спектроскопии ЯМР для определения направления тиетанилирования при взаимодействии с 2-хлорметилтиираном, для установления пространственных форм N,N-диацилгидразинов, ацилгидразонов, гидразинилсукциними-дов.
Получено и исследовано 49 новых производных 2-тиопиримидина. Изучена их биологическая активность, найдены соединения с высокими антиоксидантной, противомикробной, противогрибковой активностями.
Разработан лабораторный регламент на синтез этил-2-[6-метил-4-(тиетан-3-
илокси)пиримидин-2-илтио]ацетата ЛР 01963597 – 9.01 – 16.
Результаты исследования внедрены в работу кафедр послевузовского и дополнительно
го профессионального фармацевтического образования Института дополнительного профес
сионального образования, общей химии, фармацевтической химии с курсами аналитической и
токсикологической химии, микробиологии, вирусологии, Центральной научно-
исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России.
Методология и методы исследования. При проведении исследования методологическую основу составили изучение и анализ работ отечественных и зарубежных ученых в области синтеза производных 2-тиопиримидин-2,4(1H,3H)-диона.
При выполнении работ использованы современные методы органического синтеза, выделения и очистки полученных веществ. Строение и чистота синтезированных соединений установлены с помощью элементного анализа, тонкослойной хроматографии, температуры плавления, спектральных методов анализа: ИК-спектроскопии, спектроскопии ЯМР.
Вероятность проявления биологической активности была исследована с помощью компьютерного моделирования с использованием программы PASS.
Положения, выносимые на защиту.
1) Установленные закономерности взаимодействия производных 2-тиопиримидина с 2-
хлорметилтиираном в протонных растворителях, окисления и гидразинолиза О-
тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина.
2) Разработанные методы синтеза 2-[6-метил-4-(тиетан-3-илокси)пиримидин-2-
илтио]уксусной кислоты, е солей, этилового эфира, гидразида, N,N-диацилгидразинов, ацил-
гидразонов, гидразинилсукцинимидов.
-
Результаты изучения синтезированных соединений: физико-химические характеристики и строение впервые полученных соединений и их возможных изомеров.
-
Результаты исследования биологической активности, результаты анализа зависимости «структура-активность».
Степень достоверности. Достоверность результатов исследования обеспечивалась современными методами химического синтеза, физико-химическими, биологическими и статистическими методами исследования. Результаты исследования биологической активности статистически достоверны.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на III Международной научной конференции молодых ученых и студентов «Перспективы развития биологии, медицины и фармации» (Шымкент, 2015), X Всероссийской конференции «Химия и медицина» с Молодежной научной школой (Уфа-Абзаково, 2015), I Научно-практической конференции с международным участием «Дезадаптация различного генеза и пути е фармакологической коррекции» (Пятигорск, 2015), Siberian winter conference «Current topics in organic chemistry» (Sheregesh, 2015), I Международной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Биомедицина, материалы и технологии XXI века» (Казань, 2015), X, XI Международных Пироговских научных медицинских конференциях студентов и молодых ученых (Москва, 2015, 2016), VII Международной научной конференции SCIENCE4HEALTH 2016 (Москва, 2016), LXX Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы современной медицины и фармации» (Минск, 2016), I Международной научно-практической конференции «Современные проблемы развития фундаментальных и прикладных наук» (Прага, 2016), 81-й Всероссийской итоговой молодежной научной конференции с международным участием «Вопросы теоретической и практической медицины» (Уфа, 2016), XX Mendeleev Congress on general and applied chemistry (Ekaterinburg, 2016).
Внедрение результатов исследования. Описанные в работе методы синтеза, результаты исследования биологической активности используются в учебном процессе и научно-исследовательской работе на кафедрах послевузовского и дополнительного профессионального фармацевтического образования Института дополнительного профессионального образования, общей химии, фармацевтической химии с курсами аналитической и токсикологической химии, микробиологии, вирусологии, Центральной научно-исследовательской лаборатории ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России.
Личный вклад автора заключается в проведении синтеза, анализе и интерпретации результатов экспериментальных данных по синтезу и определении биологической активности, подтверждении структур синтезированных соединений, подготовке публикаций по теме диссертации.
Связь темы диссертации с планом основных научно-исследовательских работ университета. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России (№ государственной регистрации 115060810016).
Соответствие паспорту специальности. Диссертация соответствует формуле специальности «14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия», пункту 1.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертационной работы опубликована 21 работа, в том числе 1 патент РФ, 11 статей (из них 4 в журналах, включенных ВАК Минобрна-
уки РФ в перечень рецензируемых научных изданий) и 9 тезисов докладов на международных и всероссийских научных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, посвященного синтезу и биологической активности производных 2-тиопиримидина, главы описания материалов и методов исследований, обсуждения результатов собственных исследований, посвященных синтезу и свойствам О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина, экспериментальной химической части, изучения биологической активности О-тиетансодержащих производных 2-тиопиримидина, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 146 страницах, содержит 69 схем, 14 рисунков, 27 таблиц. Список литературы включает 128 работ, из которых 34 - на иностранных языках.