Синтез, будова та біологічна активність похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фармацевтичних наук

Синтез, будова та біологічна активність похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

карбоновий кислота протизапальний

Актуальність теми. Однією з основних задач сучасної хімії лікарських засобів є пошук нових біологічно активних речовин та створення на їх основі високоефективних та безпечних препаратів. Останнім часом увагу зайнятих вирішенням даної проблеми науковців все частіше привертають природні сполуки. Як відомо, жива природа нічого не робить даремно, тому створені нею продукти служать досить зручними базовими структурами, хімічна модифікація яких дозволяє одержувати практично необмежену кількість синтетичних аналогів і тим самим мати можливість обрати речовини з наперед заданими властивостями. Саме такою природною базовою молеку-лою і є 4-гідроксихінолон-2, на основі якого вже створені препарати для боротьби з раком, вірусом гепатиту С, місцеві анестетики, антиконвульсанти, а також протизапальні, антитиреоїдні та інші лікарські засоби.

Цікавими об'єктами як для хімічного, так і для фармакологічного дослідження є конденсовані гетероцикли, які вміщують у своїй структурі фрагмент 4-гідроксихінолону-2, зокрема похідні піроло[3,2,1-ij]хіноліну. Незважаючи на очевидну перспективність та доцільність дослідження такого ряду сполук, вони до теперешнего часу залишаються практично не вивченими, оскільки поки що відсутні ефективні методи їх синтезу. Саме тому, тема даного дослидження є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Національного фармацевтичного університету з проблеми МОЗ України “Хімічний синтез, виділення та аналіз нових фармакологічно активних речовин, встановлення зв'язку “структура-дія”, створення нових лікарських препаратів” (номер державної реєстрації 0198 U 007011).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є пошук нових біологічно активних речовин в ряду похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні задачі:

- розробити препаративні методи одержання та здійснити синтез 1-гід-рокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти, її складних ефірів та N-R-амідів з використанням доступних реагентів;

- вивчити фізико-хімічні та біологічні властивості одержаних сполук;

- при виявленні речовин, перспективних для подальших поглиблених фармакологічних випробовувань, запропонувати методики визначення їх доброякісності.

Об'єкт дослідження - синтетичні гетероциклічні похідні трикарбоніл-метану.

Предмет дослідження - синтез, будова похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти з потенційною біологічною активністю.

Методи дослідження - аналіз структурних особливостей одержаних речовин за допомогою сучасних фізико-хімічних методів дослідження: спектроскопії ЯМР, мас-спектрометрії, ТШХ і рентгеноструктурного аналізу; вивчення протизапальних, діуретичних і протитуберкульозних властивостей з використанням стандартних методик.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені ефективні методи синтезу та очистки вихідного етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти з використанням еквімолярного співвідношення реагентів. Експериментально встановлено, що першою стадією реакції індоліну з триетилметантрикарбоксилатом є утворення діети-лового ефіру 2-(індолін-1-карбоніл)-малонової кислоти. Вперше проведене деріватографічне вивчення термічної стійкості цієї сполуки, на підставі чого запропонована методика її наступної гетероциклізації в етил-1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбоксилат, яка дозволяє уникнути утворення небажаного метан-три-N-(індолін-1-іл)-карбоксаміду.

Розроблені доступні способи амідування етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти алкіл-, арилалкіл-, арил- та гетериламінами, які дозволяють синтезувати відповідні N-R-аміди з препаративно високими виходами при мінімальних затратах реактивів та часу.

Здійснено синтез гідразиду 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти, при вивченні хімічних властивостей якого вперше виявлене незвичайно легке перетворення у симетричний N,N'-ди-(1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]2-хіноліноїл)-гідразин. В свою чергу, це дозволило запропонувати прості методи одержання 2-алкіл-4-оксохіназолін-3-іл-амідів та піридилметиліденгідразидів.

Виявлені особливості просторової будови досліджуваного ряду сполук - етилового ефіру та N-R-амідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбоно-вої кислоти, а також їх синтетичного попередника - діетилового ефіру 2-(індолін-1-карбоніл)-малонової кислоти.

Вивчена протитуберкульозна активність окремих арилалкіл-, арил- та усіх синтезованих гетриламідів і гідразидів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти. Виявлені структурні фраг-менти, які найбільш активно впливають на антимікобактеріальні властивості.

За результатами проведеного фармакологічного скринінгу на виявлен-ня діуретичної і протизапальної дії серед алкіл-, арилалкіл- та ариламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти знайдені практично нетоксичні сполуки з високими салуретичними і помірними калійуретичними властивостями.

Новизна досліджень підтверджена заявкою на патент.

Для поглибленого вивчення як перспективний діуретик принципово нового хімічного класу рекомендовано 4-метоксіанілід 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти. Запропоновані методики визначення тотожності та кількісного вмісту основної речовини в субстанції цієї сполуки, які можуть бути використані при підготовці аналітичної нормативної документації.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано ефективний спосіб одержання етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти, на основі якого за розробленими пре-паративними методиками здійснено синтез нової великої групи біологічно активних речовин - алкіл-, арилалкіл-, арил-, гетериламідів та гідразидів.

Результати досліджень впроваджено у навчальний процес кафедри фармацевтичної хімії і фармакогнозії Луганського державного медичного університету, кафедри технології органичних речовин ИХТ СНУ ім. В.Даля, кафедри медичної хімії Національного фармацевтичного університету, кафедри фармацевтичної хімії Запорізького державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача:

- інформаційний пошук за темою дисертаційної роботи, аналіз отриманих даних з питань сучасних досліджень за проблематикою, результати яких стали підгрунтям до вибору об'єктів дослідження ;

- відомі методи синтезу та напрямок роботи оговорені з науковим керівником.

- виконана експериментальна синтетична частина роботи;

- виділено та ідентифіковано 110 сполук;

- оброблені, систематизовані та проаналізовані результати синтетичних, фізико-хімічних та біологічних досліджень

- запропоновані методики визначення тотожності та кількісного вмісту основної речовини в субстанції 4-метоксіаніліда 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти.

Апробація результатів дисертації. Основний зміст дисертаційної роботи доповідався на 1-ій міжнародній науково-практичній конференції “Науково-технічний прогрес і оптимізація технологічних процесів створення лікарських препаратів” (Тернопіль, 2006); на III-ій міжнародній медико-фармацевтичній конференції студентів та молодих вчених (Чернівці, 2006); на міжнародному симпозиумі “Advanced Science in Organic Chemistry” (Судак, 2006); на міжнародній конференції “Хімія азотовмісних гетероцик-лів” (Харків, 2006); на XXI-ій Українській конференції з органічної хімії (Чернігів, 2007); на VI-ій Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Харків, 2008).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 12 наукових праць, в тому числі 6 статей у фахових наукових виданнях та 6 тез доповідей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літературних джерел. Загальний обсяг дисертації складає 147 сторінок. Робота ілюстрована 9 схемами, 9 рисунками і 26 таблицями. Перелік використаних літературних джерел містить 212 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Синтез та будова етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти

На сьогодні відомо декілька способів синтезу складних ефірів 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолін-3-карбонових кислот. Порівняно недавно було запропоновано новий варіант формування таких молекулярних систем, оснований на взаємодії триалкілметантрикарбоксилатів з N-заміщеними анілінами, у тому числі й циклічними. Одним з таких прикладів є синтез етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (3), який полягає в конденсації індоліну (1) з триетиловим ефіром метантрикарбонової кислоти (2). Досить вагомою перевагою цього методу є його одностадійність, а також можливість в деяких випадках з успіхом синтезувати цільові сполуки, які зазвичай важко одержати іншими способами. Найбільш суттєвим недоліком є утворення побічних продуктів - перш за все, ациклічних метан-три-N-R-карбоксамідів. Для запобігання перебігу цієї небажаної реакції застосовується подвійний, а інколи навіть і потрійний надлишок триетилметантрикарбоксилату, що помітно знижує ефективність методу в цілому. Разом з тим, незначна модифікація відомої методики проведення експерименту дозволяє одержувати кінцеві продукти з високими виходами та чистотою вже й при еквімолярному співвідношенні реагентів. Досягається такий ефект в результаті поступового додавання індоліну (1) у нагрітий до 215 ^оС триетилметантрикарбоксилат (2), що забезпечує постійний надлишок останнього в реакційній суміші і, як наслідок, дозволяє уникнути небажаного утворення триамідів (Схема 1). Після завершення реакції утворений етиловий ефір 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (3) доцільно очищати через 4-О-натрієву сіль. У протилежному випадку продукт має інтенсивне жовте забарвлення, позбутися якого не вдається навіть після багаторазової кристалізації.

Хімічна будова одержаного ефіру 3 підтверджена спектром ЯМР ¹Н, віднесення сигналів у якому ніяких ускладнень не викликає. Більш детальна інформація про особливості просторової будови цієї речовини одержана завдяки проведеному рентгеноструктурному аналізу (РСА). Як виявилось, у симетрично незалежній частині елементарної ячейки досліджуваної сполуки знаходяться дві молекули (А та В), які дещо відрізняються між собою за будовою. Так, наприклад, всі неводневі атоми молекули А, за виключенням атомів С_(11А) і С_(14А), лежать в одній площині з точністю 0.02 Е. Атоми С_(11А) та С_(14А) відхиляються від середньоквадратичної площини інших неводневих атомів на -0.08 і 0.25 Е відповідно. В молекулі В тільки атом С_(11В) відхиляється від середньоквадратичної площини усіх інших неводневих атомів на -0.11 Е (точність 0.02 Е).

При неодноразовому відтворенні описаної методики з індоліном (1) було помічено, що інколи після обробки реакційної суміші водним розчином Na₂CO₃ частина одержаного продукту залишається нерозчиненою. Попереднє припущення про те, що виділена речовина є звичайним для реакцій такого типу побічним продуктом - ациклічним метан-три-N-(індолін-1-іл)-карбоксамідом (5) - не виправдалось, оскільки в її спектрі ЯМР ¹Н чітко визначаються дві (судячи з інтегральної інтенсивності сигналів) етоксігрупи.

Дійсно, перекристалізацією з діетилового ефіру вдалося виростити моно-кристали даної сполуки, РСА яких дав однозначну відповідь - досліджуваний зразок представляє собою діетиловий ефір 2-(індолін-1-карбоніл)-малонової кислоти (4).

Одержаний результат без сумнівів свідчить про те, що першою стадією реакції триетилметантрикарбоксилату (2) з індоліном (1) є утворення моно-аміду 4 (Схема 2), внутрішньомолекулярна циклізація якого повинна приводити до цільового гетероциклічного етилового ефіру (3), тоді як взаємодія з індоліном, який ще не вступив у реакцію - до побічного метан-три-N-(індолін-1-іл)-карбоксаміду (5).

В той же час, як виявилось, в умовах досліджуваної реакції можливий і другий шлях формування триаміду 5. Так, просте нагрівання хроматографічно чистого діефіру 4 викликає його перетворення в етиловий ефір 2-(індолін-1-карбоніл)-3-(індолін-1-іл)-3-оксопропіонової кислоти (6), який, у свою чергу, аналогічним чином можна трансформувати далі в триамід 5. В обох випадках хімічні перетворення супроводжуються виділенням вільного триетилметантрикарбоксилату, який легко виявляється методом тонкошарової хроматографії (ТШХ).

З метою визначення термодинамічних характеристик ефірів 4 та 6, вивчення їх реакційної здатності і термічної стійкості нами проведені деріватографічні дослідження означених сполук в умовах сухого нагріву. Результати проведених експериментів показують, що за термічною поведінкою ефіри 4 та 6 досить схожі (Рис. 3). Ендотермічні піки з мінімумами при 65 та 195 ^оС на кривих ДТА, очевидно, зумовлені процесами плавлення зразків ефірів 4 та 6 відповідно. На деріватограмі ефіру 4 спостерігаються обидва відмічені піки, що підтверджує його перетворення в умовах термолізу в моноефір 6. Як цікаву особливість деріватограм ефірів 4 та 6 можна відмітити інтенсивні подвійні піки на кривих ДТГ при 240 і 250 ^оС, які супроводжуються значною втратою маси і відповідають розкладанню утвореного триетилметан-трикарбоксилату. Разом з тим, повільне додавання ефірів 4 чи 6 в попередньо нагрітий до 215-225 ^оС дифенілоксид (ДФО) дозволяє одержувати відповідно етиловий ефір (3) чи (індолін-1-іл)-амід (7) 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло-[3,2,1-ij]-хінолін-2-карбонової кислоти з високими виходами.

Для трансформації етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (3) в алкіл-, арил- чи гетериламіди, що представляють інтерес як потенційні біологічно активні речовини, в літературі запропонована обробка 40%-вим надлишком відповідного аміну в киплячому бромбензолі протягом 20 годин з наступною відгонкою розчинника під пониженим тиском та очисткою кінцевих продуктів. В той же час, раніше неодноразово відмічалась висока реакційна здатність 1-R-4-гідрокси-3-етоксикарбоніл-2-оксо-1,2-дигідрохінолінів, яка дозволяє амідувати їх набагато ефективніше. Очевидна структурна схожість ефіру 3 з такими сполуками дає всі підстави для припущення, що і він буде взаємодіяти з амінами (принаймні, з первинними аліфатичними) в більш м'яких умовах. Проведені нами експерименти повністю підтвердили висловлене припущення. Як виявилось, перетворення ефіру 3 в алкіламіди 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (8) легко здійснюється у киплячому етанолі, а з газоподібними амінами навіть і при кімнатній температурі, причому хроматографічний моніторинг свідчить про те, що в більшості випадків реакція закінчується вже через 2-3 години (Схема 3). Невиправданим слід визнати також і використання 40%-вого надлишку аміну, оскільки повне амідування забезпечують звичайні для подібних реакцій 10%.

Таким чином, дана методика дозволяє не тільки суттєво спростити виділення цільових продуктів при їх високих виходах, але й значно скоротити тривалість реакції, а також витрати амінів, що дає всі підстави рекомендувати її як препаративну.

Будова одержаних амідів підтверджена спектрами ЯМР ¹Н, а на прикладі втор-бутиламіду 8 (Alk = s-C₄H₉) - ще й РСА (Рис. 4), з якого слідує, що трициклічний фрагмент і атоми О₍₂₎, С₍₁₂₎, О₍₃₎, N₍₂₎, O₍₁₎ цієї сполуки лежать в одній площині з точністю 0.01 Е. Ймовірно, це зумовлено наявністю типових для сполук даного класу двох міцних внутрішньомолекулярних водневих зв'язків O₍₂₎-H_(2O)…O₍₃₎ (H…O 1.70 Е, O-H…O 149°) та N₍₂₎-H_(2NА)…O₍₁₎ (H…O 1.96 Е, N-H…O 135°).

Біологічні дослідження проведені на кафедрі патологічної фізіології Національного фармацевтичного університету під керівництвом д. мед. наук, професора Березнякової А.І. Теоретичним обґрунтуванням для вивчення проти-запальних властивостей синтезованих нами алкіламідів 8 послужила здатність близьких за будовою 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолін-3-карбонових кислот, їх етилових ефірів та гетериламідів активно подавляти запальну реакцію організму. Випробовування проведені на моделі карагенінового набряку. З експериментальних даних слідує, що з усієї групи речовин тільки адамантил-1-амід 8 (Alk = адамантил-1) проявляє помітну антиекссудативну дію, хоча й поступається в активності вольтарену.

В результаті вивчення впливу алкіламідів 8 на сечовидільну функцію нирок, слід відзначити достатньо високий рівень сечогінної дії цикло-пентиламіду 8 (Alk = цикло-C₅H₁₁), який зовсім небагато поступається в активності фуросеміду. З цієї причини C₍₈₎/N₍₁₎-анелювання 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолінового ядра з дигідропірольним можна розглядати як структурний фактор, що сприяє виявленню діуретичної дії.

Накопичений до цього часу кафедрою фармацевтичної хімії НФАУ досвід по створенню потенційних діуретиків на основі 4-гідрокси-2-оксохінолін-3-карбокс-амідів свідчить про те, що арилалкіламіди завжди виявляються більш активними, ніж звичайні алкіламіди. Звідси залучення в коло об'єктів дослідження саме арилалкіламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбоно-вої кислоти (9) виглядає досить логічним та перспективним. Синтез даних сполук здійснено звичайним амідуванням етилового ефіру 3 відповідними арилалкіламінами у киплячому етанолі.

Для доведення хімічної будови всіх синтезованих сполук використані елементний аналіз та спектроскопія ЯМР ¹Н. Не зважаючи на велику кількість про-тонів в структурі арилалкіламідів 9, більшість з них мають достатньо різні магнітні властивості, завдяки чому перекривання резонансних частот в спектрах ЯМР ¹Н трапляються рідко і віднесення сигналів, як правило, ускладнень не викликає

Результати проведених фармакологічних експериментів свідчать про те, що протизапальної та протитуберкульозної активності синтезовані арилалкіламіди 9 не виявляють. А ось наше припущення щодо можливого посилення у них сечогінних властивостей порівняно з алкіламідами 8 дійсно виправдалось. При цьому помічені цікаві структурно-біологічні закономірності. Так, наприклад, бензиламід 9 (n = 1, Ar = феніл) виявляє помірну діуретичну дію, тоді як галогенування його бензиламідного фрагменту супроводжується значним спадом активності у фтор-бензиламідів і навіть повною її втратою у хлорзаміщених аналогів. Негативно на біологічних властивостях позначається також і метилювання, причому як ароматичного кільця (4-метил-бензиламід), так і метиленової бензильної ланки (± 1-фенілетиламід). А от метокси-лювання, навпаки, заслуговує особливої уваги, оскільки така хімічна модифікація здатна значно посилити діуретичну активність - 4-метоксибензиламід 9 (n = 1, Ar = 4-метоксифеніл) за рівнем діуретичної дії вже практично не поступається фуросеміду. Заміна фенільного кільця в бензиламіді 9 на піридинове ядро незалежно від положення атома азоту в ньому практично не викликає ніяких суттєвих змін у здатності посилювати діурез. Фурил- і, особливо, тетрагідрофуриламіди за своїми властивостями по суті є антидіуретичними засобами. Невиправданим у всіх випадках можна визнати і віддалення арильного замісника від карбамідного угрупування більше, ніж на одну метиленову групу. Її заміна ланцюжком з двох чи трьох метиленових ланок призводить до значного спаду активності. Тобто бензиламіди завжди виявляються активніші за арилетильні та арилпропільні аналоги. Дати відповідь на питання про те, як відіб'ється на біологічних властивостях видалення з молекули усіх метиленових груп зможе тільки експеримент. Звідси й посилений інтерес до випробовувань близьких за будовою анілідів 10 та 11.

Синтез таких сполук здійснено реакцією ефіру 3 з відповідними анілінами при 160 ^оС.

10: R = H; 2-F; 3-F; 4-F; 3,4-F₂; 2-Cl; 3-Cl; 4-Cl; 2,3-Cl₂; 2,4-Cl₂; 2-Br; 2-Br-4-Me; 3-Br; 4-Br; 2-Me; 3-Me; 4-Me; 2,3-Me₂; 2,4-Me₂; 2,5-Me₂; 2-OMe; 2-OMe-5-Cl; 3-OMe; 4-OMe; 4-OEt; 2-CF₃

11: A = 2-C?N; 2-COOMe; 2-CONH₂; 2-CONHMe; 4-COOMe; 4-COOEt; 4-COOPr; 4-COOBu; 2-SO₂NH₂

При розробці альтернативного методу синтезу амідів 10 і 11 виходячи з 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (12) нами врахована надзвичайно висока схильність таких кислот до декарбоксилювання. Через одержаний реакцією з N,N'-карбонілдіімідазолом (CDI) при температурі не вище 40 ^оС імідазолід кислота 12 перетворюється далі в аніліди 10 і 11 без яких-небудь ускладнень (метод Б). Слід все ж таки відмітити, що для ацилювання більшості первинних ароматичних амінів, зокрема використаних нами в синтезі анілідів 10 та 11, метод Б навряд чи можна визнати виправданим. Доцільним він може бути, наприклад, при ацилюванні термічно нестійких анілінів.

Для підтвердження хімічної будови одержаних сполук використана спектроскопія ЯМР ¹Н.

Експериментальні дані первинного мікробіологічного скринінгу показують, що на відміну від описаних раніше відповідних похідних 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолін-3-карбонових кислот аніліди 10 і 11 протитуберкульозних властивостей майже не проявляють. З усієї групи синтезованих речовин відмітити можна лише тільки одну сполуку - мета-хлоранілід 10 (R = 3-Cl), який показав на першому рівні скринінгових випробовувань 100%-ве гальмування розвитку тест-штаму.

Результати вивчення впливу синтезованих сполук на сечовидільну функцію нирок свідчать про те, що перехід від бензиламідів до анілідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кисло-ти з тими ж замісниками в ароматичному амідному ядрі у більшості випадків супроводжується помітним посиленням сечогінних властивостей. Мета-ізомери часто виявляються активніші за свої орто- та пара-заміщені аналоги. Наприклад, з трьох моно-фторанілідів 10 посилення діурезу викликає тільки мета-фторпохідне, тоді як ізомерні йому орто- і пара-фтораніліди взагалі не впливають на сечовиділення.

У випадку метоксіанілідів 10 спостерігається дещо інакша залежність сили діуретичного ефекту від положення замісника в амідному фрагменті - найбільш активним виявляється вже пара-заміщений продукт, який за активністю суттєво перевищує не тільки свої ізомери, а й препарат порівняння гіпотіазид. Цікаво, що серед вивчених раніше арилалкіламідів 9 самим активним було також 4-метоксіізаміщене похідне.

Епідемія туберкульозу, що охопила всю земну кулю, стає все більш загроз-ливою проблемою сучасного людського співтовариства. У зв'язку з цим, пошук та створення нових, більш ефективних і менш токсичних антимікобактеріальних препаратів набув у наш час надзвичайної актуальності. Для вирішення саме таких проблем і була започаткована міжнародна програма TAACF (Tuberculosis Antimic-robial Acquisition & Coordinating Facility), в рамках якої виконано наступний підрозділ нашого дослідження. При цьому вирішувались дві задачі - синтез та наступне вивчення протитуберкульозних властивостей гетериламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти 13 і 14.

На наш погляд, гетериламіди 13 та 14 найбільш зручно одержувати подібно до анілідів 10-11, тобто простим нагріванням суміші ефіру 3 з відповідним первинним чи вторинним гетериламіном до температури 160 ^оС протягом 3-5 хвилин при еквімолярному співвідношенні реагентів (Схема 5). Трициклічний ефір 3 досить стійкий до нагрівання і без помітних перетворень витримує температуру у 215 ^оС. Однак в умовах амідування у нього відмічається схильність до часткового розкладання складноефірного угрупування і перетворення в 1-гідрокси-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-3-он (15), який може забруднювати цільові аміди 13 чи 14 як специфічна домішка. Ряд дослідів, поставлених нами при різних температурах, показав, що, починаючи зі 170 ^оС, 2Н-похідне 15, судячи зі спектрів ЯМР ¹Н неочищених продуктів, дійсно утворюється у помітній кількості, яка зростає з підвищенням температури. Добра розчинність дозволяє легко позбутися цієї небажаної домішки вже після одноразової кристалізації. Разом з тим, для попередження можливої побічної реакції слід ретельно додержуватися температурного режиму, не допускаючи нагріву реакційної суміші вище 160 ^оС.

13: R = 4-, 3- або 2-Py; 3-OH-2-Py; 3-, 4-, 5- або 6-Me-2-Py; піримідин-2; піразин-2; тіазол-2; 4- або 5-Me-тіазол-2; 4-етоксикарбонілметил-тіазол-2; 4-(адамантил-1)-тіазол-2; 1,3,4-тіадіазол-2; 5-Me, 5-Et, 5-Pr або 5-i-Pr-1,3,4-тіадіазол-2; бензімідазол-2; бензтіазол-2; 6-Br-бензтіазол-2; 6-Me-бензтіазол-2; 4-(6-Me-бензтіазол-2)-феніл

14: R = COOEt; CH₃·HCl; CH₂Ph·HCl

Порівнюючи результати проведених мікробіологічних досліджень з характером присутнього в амідному фрагменті гетероциклу слід зазначити, що в ряду гетериламідів 13 та 14 спостерігаються приблизно такі ж структурно-біологічні закономірності, що й виявлені раніше серед відповідних амідів 1-R-4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолін-3-карбонових кислот з нижчими (С₁-С₃) алкільними замісниками при атомі азоту хінолонового ядра. Наприклад, в ряду ізомерних піридиламідів 13 чітко простежується залежність протитуберкульозної активності від положення атома азоту в піридиновому циклі: 4 > 3 >> 2, причому гідроксильна чи метильна групи у піридил-2-амідному залишку дезактивують молекулу. У випадку діазагетериламідів похідні піразину завжди виявляються активніші за ізомерні їм похідні піримідину. А ось до 4-заміщених піперазин-1-іл амідів 14 мікобактерії туберкульозу виявились абсолютно несприйнятливими, хоча, наприклад, у фторхінолонових антибіотиків наявність цього гетероциклу справедливо вважається обов'язковим структурним фрагментом .

В хіміотерапії туберкульозу особливе місце займають похідні гідразину. Неодноразово відмічалась висока активність по відношенню до збудників мікобактеріозів і гідразидів 4-гідрокси-2-оксохінолін-3-карбонових кислот та їх похідних. Продовжуючи дослідження в цій області реакцією етилового ефіру 3 з гідразин-гідратом у спиртовому розчині при кімнатній температурі нами практично з кількісним виходом одержано гідразид 16 (Схема 6). Між тим, спроба очистити технічний продукт перекристалізацією з ДМФА призвела до надто несподіваного результату - зі спочатку утвореного прозорого розчину відразу ж після досягнення температури кипіння почав інтенсивно виділятися осад.

Схема 6

18: R = 2-Py; 3-Py; 4-Py

19, 20: R = CH₃; C₂H₅; C₃H₇; C₄H₉; C₅H₁₁; C₆H₁₃; CH₂Ph

Надто низька розчинність одержаної речовини у ДМФА і ДМСО не дозволила зареєструвати спектр ЯМР ¹Н. Тому для встановлення її будови нами використана масспектрометрія, яка показала, що у киплячому ДМФА гідразид 16 перетворюється в симетричний N,N'-ди-(1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло-[3,2,1-ij]-2-хіно-ліноїл)-гідразин (17). Додатковим підтвердженням такого висновку став зустрічний синтез - реакція гідразиду 16 з етиловим ефіром 3. Враховуючи схильність гідразиду 16 в киплячому ДМФА до розкладання, синтез на його основі піридилметиліден-гідразидів 18 здійснено в етанолі. Ця ж обставина накладає певні обмеження і на спосіб одержання 2-алкіл-4-оксохіназолін-3-іл-амідів 19. Так, зокрема, один з традиційних варіантів синтезу таких сполук - конденсація 2-R-бензоксазин-4-онів з гідразидами, яка для попередження утворення ациклічних похідних має проводиться у висококиплячих розчиниках - у випадку нестійкого гідразиду 16 стає явно неприйнятним.

Вивчення здатності синтезованих сполук пригнічувати ріст туберкульозної палички показало, що висока активність притаманна тільки лише 3- та 4-піридилметиліденгідразидам 18. В той же час, аналіз біологічних властивостей цих речовин показує, що анелювання хінолонового ядра з пірольним в цілому призводить до деякого пониження антимікобактеріальної дії.

3. 4-Метоксіанілід 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін- 2-карбонової кислоти, як новий потенційний діуретичний засіб

При проведенні скринінгових досліджень синтезованих нами амідованих похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло-[3,2,1-ij]-хінолін-2-карбонової кис-лоти відмічалась виражена діуретична активність двох сполук - 4-метоксібензил-аміду 9 та 4-метоксіаніліду 10. Зацікавившись цими даними, ми провели ряд додат-кових паралельних досліджень по тестуванню біологічних властивостей означених речовин в однакових умовах, після чого було прийнято однозначний висновок про подальше вивчення тільки однієї з них, а саме 4-метоксіаніліду 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти (10, R = 4-OMe).

Передумовою такого рішення окрім високої активності досліджуваної речовини став і той факт, що за останні 30 років на світовому ринку не зявилося жодного нового діуретика, а все, що виробляється та надходить у продаж , в основному давно відомі фуросемід і гіпотіазид чи їхні аналоги. Тому 4-гідрокси-хінолони-2 становлять значний інтерес як принципово новий клас потенційних діуретиків. Своєрідним підтвердженням цього може слугувати проведене за програмою PASS математичне прогнозування біологічних властивостей сполук даного класу, згідно з яким, ймовірність появи у них сечогінних властивостей дорівнює нулю. Говорячи інакше, встановлена експериментально висока діуретична активність 4-метоксіаніліду 10 (R = 4-OMe) свідчить про те, що подібних за структурою діуретиків на сьогодні не існує.

Результати проведених повторних випробовувань показують, що 4-метоксі-анілід 10 дійсно виявляє виражену діуретичну активність не тільки в умовах водного, але й спонтанного добового діурезу, проявляючи посилену салуретичну та помірну калійуретичну активність. На моделі індометацинової гіпертензії 4-метоксіанілід 10 демонструє виражену гіпотензивну активність, знижуючи рівень артеріального тиску подібно до гіпотіазиду, але в 4 рази більш низькій дозі, а на експериментальних моделях адреналінового набряку легень та осмотичного набряку головного мозку у мишей - високу дегідратаційну дію, суттєво збільшуючи кількість виживших піддослідних тварин.

Середньо-ефективна доза (ED₅₀) 4-метоксіаніліду 10 складає 10,7 ± 1,2 мг/кг (у гіпотіазиду цей показник досягає 40 мг/кг), а середньо-летальна (LD₅₀) - перевищує 5000 мг/кг, тобто дана сполука є практично нетоксичною (для порівняння: LD₅₀ гіпотіазиду для мишей та щурів складає 1175 і 2750 мг/кг відповідно).

Таким чином, за результатами проведених досліджень одна сполука - 4-метоксіанілід 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбоно-вої кислоти рекомендована кандидатом на подальші фармакологічні випробовування як перспективний діуретичний засіб. У зв'язку з цим, нами розроблені методики визначення тотожності (спектральні та хімічні методи) та кількісного вмісту (алкаліметричне титрування в неводному середовищі) основної речовини в субстанції даної сполуки, які можна буде використати в підготовці аналітичної нормативної документації.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. З метою виявлення нових біологічно активних речовин здійснено синтез великої серії амідованих похідних 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти.

2. Запропоновано модифікований метод одержання вихідного етилового ефіру 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти шляхом конденсації індоліну з триетилметантрикарбоксилатом при температурі 215 °С і еквімолярному співвідношенні реагентів. Вперше вивчені особливості перебігу даної реакції.

3. Розроблені ефективні способи амідування 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти або її етилового ефіру алкіл-, арилалкіл-, арил- та гетериламінами, які дозволяють синтезувати відповідні цільові N-R-аміди з препаративно високими виходами при мінімальних затратах реактивів та часу.

4. Здійснено синтез та вивчені хімічні властивості гідразиду 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти, на підставі чого запропоновані прості методи одержання 2-алкіл-4-оксохіназолін-3-іл-амідів та піридилметиліденгідразидів.

5. Встановлені певні закономірності взаємозв'язку між структурою та антимікобактеріальною дією окремих арилалкіл-, арил- та всіх синтезованих гетериламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти.

6. Встановлена діуретична і протизапальна активність алкіл-, арилалкіл- та арил-амідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти. Знайдені практично нетоксичні сполуки з високою салуретичною та помірною калійуретичною дією, здатні виявляти виражені дегідратаційні властивості і суттєво понижувати артеріальний тиск в умовах експериментальної гіпертензії.

7. Для подальших біологічних досліджень рекомендовано 4-метоксіанілід 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кислоти як перспективний діуретик принципово нового хімічного класу. Запропоновані методики визначення тотожності та кількісного вмісту основної речовини в субстанції цієї сполуки, які можуть бути використані при підготовці аналітичної нормативної документації.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. 4-Гидроксихинолоны-2. 94. Улучшенный синтез и строение этилового эфира 1-гидрокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты / И.В.Украинец, Л.В.Сидоренко, О.В.Горохова, Е.В. Моспанова, О.В. Шишкин // Химия гетероцикл. соединений - 2006. - № 5 - С. 718-723. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез).

2. Украинец И.В. 4-Гидроксихинолоны-2. 121. Синтез и биологические свойства алкиламидов 1-гидрокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты / И.В.Украинец, Н.Л.Березнякова, Е.В. Моспанова // Химия гетероцикл. соединений - 2007. - №7. - С. 1015-1022. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, участь у написанні статті).

3. Украинец И.В. 4-Гидроксихинолоны-2. 122. Гетариламиды 1-гидрокси-3-оксо-5,6-ди-гидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты - потенциальные противотуберкулезные агенты / И.В.Украинец, Е.В. Моспанова, Л.В.Сидоренко // Химия гетероцикл. соединений. - 2007. - № 7. - С. 1023-1033. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, участь у написанні статті).

4. 4-Гидроксихинолоны-2. 126. Гидразид 1-гидрокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты и его производные / И.В. Украинец, А.А. Ткач, Е.В.Моспанова, Е.Н. Свечникова // Химия гетероцикл. соединений. - 2007. - № 8. - С. 1196-1203. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, проведено аналіз результатів фізико-хімічних та мікробіологічних досліджень).

5. 4-Гидроксихинолоны-2. 138. Синтез и изучение закономерностей взаимо-связи „структура - биологическая активность” в ряду анилидов 1-гид-рокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты / И.В.Украинец, Е.В.Моспанова, Н.Л.Березнякова, О.И.Набока // Химия гетероцикл. соединений. - 2007. - № 12. - С. 1808-1819. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, участь у написанні статті).

6. Синтез, діуретична та протизапальна активність арилалкіламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-i,j]хінолін-2-карбонової кислоти. / Н.Л.Березнякова, О.В.Моспанова, І.В.Українець, О.В.Горохова // Журнал органічної та фармацевтичної хіміі. - 2007. - Т. 5, вип. 4(20). - С. 49-53. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, участь у написанні статті).

7. Моспанова. О.В. Синтез та властивості 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-i,j]хінолін-2-карбоксамідів/ О.В. Моспанова // ІІІ Міжнародна медико-фармацевтична конференція студентів і молодих вчених: тез. доп. 3-5 квіт. 2006. - Чернівці, 2006. - С.138.

8. Украинец И.В. Исследование реакции триэтилметантрикарбоксилата с индолином/ И.В.Украинец, Е.В.Моспанова, О.В.Горохова // І Международная научно-практическая конференция: тез. докл. 6-7 апр. 2006. - Тернополь, 2006. - С. 28-30.

9. Моспанова Е.В. Синтез этилового эфира 1-гидрокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-i,j]хинолин-2-карбоновой кислоты / Е.В.Моспанова , О.В. Горохова, И.В. Украинец // Международный симпозиум “Advanced Science in Organic Chemistry”: Тез. докл. 26-30 июня 2006. - Судак, 2006. - С. 175.

10. Mospanova E.V.The crystalline structure of ethyl 1-hydroxy-3-oxo-5,6-dihydro-3H-pyrrolo-[3,2,1-ij]-quinoline-2-carboxylate. / E.V.Mospanova, L.V.Sidorenko, I.V.Ukrainets // International conference chemistry of nitrogen containing heterocycles: аbstracts, оct. 2-6, 2003. - Kharkiv, 2006. - P. 153.

11. Моспанова Е.В. Синтез и противотуберкулезные свойства производных гидразида 1-гидрокси-3-оксо-5,6-дигидро-3Н-пирроло[3,2,1-ij]хинолин-2-карбоновой кислоты /Е.В.Моспанова, А.А.Ткач, И.В.Украинец // XXI Украинская конференция по органической химии: тез. докл. 1-5 окт. 2007. - Чернигов, 2007. - С. 241.

12. Моспанова О.В. Синтез та біологічні властивості арилалкіламідів 1-гідрокси-3-оксо-5,6-дигідро-3Н-піроло[3,2,1-ij]хінолін-2-карбонової кис-лоти / О.В. Моспанова // VI Всеукраїнська конференція молодих вчених, студентів та аспірантів з актуальних питань хімії: тез. доп. 3-6 черв. 2008. - Харків, 2008. - С. 68.

Размещено на Allbest.ru