Синтез и биологические свойства 8-замещенных 1-н-бутил

На правах рукописи
Шарафутдинов Руслан Маратович
СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 8-ЗАМЕЩЕННЫХ
1-н-БУТИЛ-3-МЕТИЛКСАНТИНОВ
14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата фармацевтических наук
Самара – 2012
2
Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном
учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
Научный руководитель:
доктор фармацевтических наук,
профессор
Халиуллин Феркат Адельзянович
Официальные оппоненты:
доктор фармацевтических наук,
профессор
Авдеева Елена Владимировна
доктор химических наук,
профессор
Пурыгин Петр Петрович
Ведущая организация:
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пятигорская государственная фармацевтическая
академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской
Федерации
Защита состоится “__” ________ 2012 г. в __ часов на заседании диссертационного совета Д 208.085.06 при ГБОУ ВПО «Самарский государственный
медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации по адресу: 443079, г. Самара, пр. К. Маркса, 165
Б.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО СамГМУ
Минздравсоцразвития России (г. Самара, ул. Арцыбушевская, 171).
Автореферат разослан «___» ____________2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандитат фармацевтических наук,
доцент
И.К. Петрухина
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В современном мире большое внимание уделяется
поиску новых высокоэффективных и безопасных лекарственных средств. Одним из направлений поиска является синтез биологически активных соединений гетероциклической структуры. (Negwer M., 2007).
Среди гетероциклических лекарственных препаратов в медицине широко
применяются производные ксантина, обладающие разнообразными видами
биологической активности. Наиболее известны природные метилксантины (кофеин, теофиллин, теобромин), а также их синтетические аналоги: пентоксифиллин, обладающий антиагрегационными свойствами; эуфиллин, применяемый,
главным образом, при бронхиальной астме; ксантинола никотинат – улучшает
мозговое кровообращение, расширяет периферические сосуды (Машковский
М.Д., 2010).
На кафедре фармацевтической химии Башкирского государственного медицинского университета синтезирован оригинальный ряд производных ксантина, содержащих четырехчленный тиетановый цикл – 8-замещенные 1-алкил3-метил-7-(тиетанил-3)ксантины, которые проявляют высокую антиагрегационную и гепатотропную активность (Халиуллин Ф.А., 1998). Начато систематическое исследование по синтезу и изучению новых соединений (Филипенко
Ю.В., 2006 и др.). Остаются неизученными 8-аминозамещенные 1-н-бутил-3метилксантины, содержащие тиетановый цикл. До настоящего времени не разработаны способы синтеза тиетансодержащих 8-гидразинозамещенных 1-нбутил-3-метилксантинов и их илиденпроизводных. Таким образом, исследования химических свойств и поиск новых биологически активных соединений в
ряду 8-замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов является актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью нашей работы является: разработка
методов синтеза и поиск новых биологически активных соединений в ряду 8амино(гидразино)замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Исследование реакций 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)-, -7-(1оксотиетанил-3)- и -7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с циклическими и
ациклическими аминами различного строения. Разработка методов синтеза новых рядов 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый, тиетаноксидный и тиетандиоксидный цикл.
4
2. Исследование реакций 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и 1-нпентил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с этилатом натрия. Разработка метода синтеза 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и 1-н-пентил-3метилксантинов.
3. Исследование реакций 8-бром-1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл с различной степенью окисления атома серы, с гидразингидратом. Разработка методов синтеза тиетансодержащих 8-гидразино-1-нбутил-3-метилксантинов и их илиденпроизводных.
4. Изучение физико-химических свойств, установление структуры и спектральных характеристик новых рядов 8-амино(гидразино)замещенных 1-алкил3-метилксантинов.
5. Анализ результатов биологических испытаний и выявление некоторых
закономерностей зависимости «структура – активность» в ряду 8амино(гидразино)замещенных 1-алкил-3-метилксантинов.
Научная новизна. Впервые исследованы реакции 8-бром-1-н-бутил-3метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый цикл с различной степенью окисления атома серы, с циклическими и ациклическими аминами различного строения. Установлено, что происходит замещение атома брома на
остаток амина. Показана устойчивость тиетанового, тиетаноксидного и тиетандиоксидного цикла к действию аминов.
Изучено взаимодействие 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и 1-нпентил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с этилатом натрия. Установлено, что происходит элиминирование тиетандиоксидного цикла с образованием 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и 1-н-пентил-3-метилксантинов и
1,1-диоксо-3-этокситиетана.
Впервые исследованы реакции 8-бром-1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый цикл с различной степенью окисления
атома серы, с гидразингидратом. Установлено замещение атома брома на остаток гидразина. Разработаны способы синтеза илиденпроизводных на основе реакций тиетансодержащих 1-н-бутил-8-гидразино-3-метилксантинов с ароматическими альдегидами.
Практическая значимость. Разработаны методы синтеза нового ряда 8замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый, тиетаноксидный и тиетандиоксидный цикл, а также 8-замещенных 1-нбутил-, 1-н-пропил- и 1-н-пентил-3-метилксантинов с незамещенным N-7 ато-
5
мом. Среди синтезированных 8-замещенных 1-алкил-3-метилксантинов выявлены соединения с антидепрессивной, антиагрегационной, дезагрегационной и
противомикробной активностью.
На наличие антидепрессивной активности исследовано 21 соединение, на
наличие противомикробной активности – 15, у 2 соединений изучено влияние
на систему гемостаза. Обнаружены вещества, обладающие высокой антидепрессивной активностью – 1-н-бутил-3-метил-8-пиперидино-7-(тиетанил3)ксантин
и
3-метил-8-морфолино-1-н-пропил-7-(1,1-диоксотиетанил3)ксантин, а также высокой антиагрегационной и дезагрегационной активностью – гидрохлорид 1-н-бутил-3-метил-8-пиперазино-7-(тиетанил-3)ксантина,
которые рекомендованы к углубленным фармакологическим исследованиям.
Разработанные методы синтеза и результаты исследования биологической
активности 8-замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов могут использоваться
для дальнейшего направленного синтеза биологически активных соединений.
Разработан лабораторный регламент на производство 8-бром-3-метил-7(тиетанил-3)ксантина.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработанные методы синтеза 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый, тиетаноксидный и
тиетандиоксидный цикл.
2. Разработанный метод синтеза 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и
1-н-пентил-3-метилксантинов с незамещенной 7-NH группой.
3. Разработанные методы синтеза 8-гидразино- и 8-илиденгидразинозамещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый, тиетаноксидный и тиетандиоксидный цикл.
4. Структуры синтезированных соединений, установленные на основе
спектральных исследований.
5. Результаты анализа биологической активности синтезированных соединений и установленные закономерности зависимости «структура – активность» в ряду 8-амино(гидразино)замещенных 1-алкил-3-метилксантинов.
Внедрение в практику. Препаративные способы синтеза и результаты
исследования биологической активности 8-замещенных 1-н-бутил-3метилксантинов используются при проведении научных исследований на кафедрах фармакологии; биологической химии; фармацевтической химии; микробиологии Башкирского государственного медицинского университета.
6
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждены на VI Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2007),
на VIII Всероссийской конференции с международным участием «Химия и медицина» (Уфа, 2010), на Республиканской конференции молодых ученых Республики Башкортостан с международным участием «Медицинская наука –
2010» (Уфа, 2010), на Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием «Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья» (Уфа, 2011), на ежегодной конференции «Фармация и общественное здоровье» (Екатеринбург, 2011), на Научнопрактической конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» (Новый Свет, Крым,
Украина, 2011), на Всероссийской научно-практической конференции «Современная фармацевтическая наука и практика: традиции, инновации, приоритеты» (Самара, 2011).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 19 научных
работах, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Связь задач исследования с планами научной работы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научноисследовательских работ ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России по
проблеме “Изыскание и изучение новых лекарственных средств” (№ государственной регистрации 01200707996).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 154 стр., состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальных исследований, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 25 таблиц, 16 рисунков. Список литературы включает 157 источников.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены новизна и практическая значимость полученных
результатов, а также изложены положения, выносимые на защиту.
В главе 1 систематизированы литературные данные по методам синтеза
производных ксантина, основанным на реакциях N-замещения и введении заместителей в положение 8, а также их биологической активности.
В главе 2 обсуждаются результаты собственных исследований по синтезу
новых 8-замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов.
7
В главе 3 приводится анализ результатов биологических испытаний синтезированных соединений.
Глава 4 содержит методы исследования и методики синтеза 8замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Синтез 8-замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов
8-Замещенные тиетанилксантины проявляют иммунотропную, бронхолитическую, гепатотропную, гемореологическую и другие виды активности. Однако, тиетансодержащие 1-алкилксантины остаются недостаточно изученными.
Поэтому синтез 8-замещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл с различной степенью окисления атома серы, представляет большой интерес с точки зрения поиска биологически активных веществ.
1.1. Синтез исходных соединений
В качестве исходных соединений использованы 3-метилксантин и
эпихлоргидрин, выпускаемые промышленностью, а также 8-бром-3метилксантин (1), эпитиохлоргидрин (2), 8-бром-3-метил-7-(тиетанил3)ксантин (3) и 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантин (4), синтезированные по известным методикам с константами, соответствующими литературным данным.
1.2. Синтез 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантинов
Реакции 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантина (4) с пиперидином, морфолином, пиперазином, моноэтаноламином и бензиламином проходят при кипячении в этаноле в течение 5 часов; с трисамином – в диметилформамиде в течение 1 часа. 8-Аминозамещенные 1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил3)ксантины (5, 6, 8, 10-12) образуются с выходом 65-96% (схема 1).
При взаимодействии ксантина (4) с 3-кратным мольным избытком пиперазина гексагидрата образуются 2 продукта: 1,4-ди[1-н-бутил-3-метил-7(тиетанил-3)ксантинил-8]пиперазин (7) с выходом 3% и 1-н-бутил-3-метил-8пиперазино-7-(тиетанил-3)ксантин (8) с выходом 65% (схема 1).
Соединение 8 при взаимодействии с 5% этанольным раствором хлористого водорода в диоксане образует водорастворимый 1-н-бутил-3-метил-8пиперазино-7-(тиетанил-3)ксантина гидрохлорид (9) с выходом 68% (схема 1).
8
Схема 1
S
O
H 9C 4 N
O
O
H9C4 N
O
N
N
N
CH3
4
HN
H 9C 4 N
N
N
N
CH3
8
HNR R
O
N O
CH3
S
N
NH
HCl
N
S
O
/ //
N
N
NR R
CH3
5, 6, 10-12
NR/R// = N
N
N
N
N C4H9
O
NH
/ //
O
N
7
Br
O
H9C4 N
O
N
N
N
CH3
S
S
H 9C 4 N
O
N
N
N
CH3
9
S
N
. HCl
NH
(5), N
O (6), NHCH2CH2OH (10),
NHCH2C6H5 (11), NHC(CH2OH)3 (12).
Спектры ЯМР 1Н 8-аминозамещенных ксантинов 5, 6, 8, 10-12 содержат
характерные сигналы протонов тиетанового цикла в виде двух “ложных” триплетов в интервалах 3,2-3,7 и 3,8-4,4 м.д., соответствующих двум S(СН)2 группам, и мультиплета 7-СН группы в интервале 5,4-6,0 м.д.. Спектры содержат
также синглет 3-СН3 группы и сигналы 1-н-бутильного заместителя. Нуклеофильное замещение подтверждается наличием в спектрах сигналов соответствующих аминов. Например, в спектре 8-пиперидиноксантина 5 наблюдаются
сигналы протонов N(СН2)2 группы при 3,09-3,16 м.д. и (СН2)3 группы при 1,601,82 м.д., перекрывающиеся с сигналами метиленовых протонов 1-н-бутильного
заместителя. Строение соединений 5-12 подтверждено также ИК-спектрами.
Синтезирован также рекомендованный к углубленным фармакологическим испытаниям 3-метил-8-пиперазино-7-(тиетанил-3)-1-этилксантина гидро-
9
хлорид (13) по известной методике, строение которого подтверждено ЯМР 1Н
спектром основания и ИК-спектром соли.
O
H 5C 2 N
O
N
N
N
CH3
13
S
N
. HCl
NH
1.3. Синтез 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил7-(1-оксотиетанил-3)ксантинов
Окисление атома серы тиетанового цикла соединения 4 до IV-валентного
состояния происходит под действием 2-кратного мольного избытка перекиси
водорода в ледяной уксусной кислоте при комнатной температуре в течение 1,5
часов. 8-Бром-1-н-бутил-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантин (14) образуется с
выходом 83% (схема 2).
Схема 2
O
O
N
N
CH3
4
S
Br
2-êðàòí û é
H 9C 4 N
N
èçáû òî ê H2O2
O
N
N
Br
CH3
14
H
N
R
O
N
R/ //
H9C4 N
O
H 9C 4 N
O
NR/R// = N
(15), N
NHCH2C6H5 (18), NH
N
N
N
CH3
15-20
S O
NR /R//
O (16), NHCH2CH2OH (17),
(19), NHC(CH2OH)3 (20).
S O
10
Присутствие в ИК-спектре соединения 14 интенсивной полосы поглощения валентных колебаний S=О связи при 1067 см-1 свидетельствует об окислении тиетанового цикла до тиетаноксидного.
В спектре ЯМР 1Н сульфоксида 14, кроме сигналов заместителей в положениях 1 и 3, наблюдаются характерные для тиетаноксидного цикла мультиплеты при 3,38-3,49 и 4,26-4,37 м.д., соответствующие двум S(СН)2 группам, и
мультиплет 7-СН группы при 6,41-6,55 м.д.
Реакции ксантина (14) с аминами проводили в этаноле при кипячении в
течение 5 часов или в диметилформамиде при кипячении в течение 1 часа. 8Аминозамещенные 1-н-бутил-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантины (15-20)
образуются с выходом 44-86% (схема 2).
Спектры ЯМР 1Н 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантинов (15-20) содержат характерный набор сигналов 1-нбутильного заместителя, 3-СН3 группы, тиетаноксидного цикла и остатков соответствующих аминов. Например, наличие в структуре соединения 20 остатка
трисамина подтверждается синглетом С(СН2)3 протонов интенсивностью 6Н
при 2,95 м.д. Спектры соединений 15-20 подтверждены также ИК-спектрами.
1.4. Синтез 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов и их аналогов
При окислении соединения 4 под действием 10-кратного мольного избытка перекиси водорода при кипячении в ледяной уксусной кислоте в течение
0,5 часа образуется 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантин
(21) с выходом 40% (схема 3).
В ИК-спектре сульфона 21 наличие полос поглощения симметричных и
асимметричных валентных колебаний связей SО2 группы при 1129 и 1320 см-1
подтверждает окисление тиетанового цикла до тиетандиоксидного.
В спектре ЯМР 1Н 8-бромзамещенного сульфона 21, кроме сигналов заместителей в положениях 1 и 3, наблюдаются характерные для тиетандиоксидного цикла мультиплеты при 4,59-4,70 и 5,15-5,27 м.д., соответствующие двум
S(СН)2 группам, и мультиплет 7-СН группы при 5,53-5,65 м.д.
Удалось провести реакции сульфона 21 с циклическими аминами (пиперидином, морфолином) при кипячении в этаноле в течение 5 часов, с трисамином – при кипячении в диметилформамиде в течение 1 часа. 8-Аминозамещенные 1-н-бутил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантины (22-24) образуются с выходом 33-90% (схема 3).
11
Схема 3
O
O
O
H9C4 N
O
N
N
N
CH3
4
S
H9C4 N
10-êðàòí û é
èçáû òî ê Í 2Î
Br
O
2
HN
//
/R
N
N
N
CH3
21
S
O
Br
R
O
H 9C 4 N
O
NR/R// = N
(22), N
N
N
N
CH3
22-24
S
O
O
NR /R//
O (23), NHC(CH2OH)3 (24).
Спектры ЯМР 1Н 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов 22-24 содержат характерные сигналы протонов 1-нбутильного заместителя, 3-СН3 группы, тиетандиоксидного цикла и остатков
соответствующих аминов. Так, в спектре 8-морфолинозамещенного ксантина
23 наблюдаются сигналы N(СН2)2 и О(СН2)2 протонов в виде мультиплетов интенсивностью по 4Н в интервалах 3,15-3,24 и 3,83-3,91 м.д. соответственно.
Строение соединений 22-24 подтверждено также ИК-спектрами.
С целью поиска биологически активных веществ и изучения взаимосвязи
«структура – активность» в ряду производных 1-алкилксантинов нами также
синтезированы 8-аминозамещенные 1-н-пропил- и 1-н-пентил-3-метил-7-(1,1диоксотиетанил-3)ксантины.
8-Аминозамещенные
3-метил-1-н-пропил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантины (27-29, схема 4) получены через 8-бром-3-метил-1-н-пропил-7(тиетанил-3)- (25) и -7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантины (26) по известным методикам с константами, соответствующими литературным данным.
Для синтеза 8-аминозамещенных 3-метил-1-н-пентил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов нами изучено алкилирование исходного 8-бром-3-метил-
12
7-(тиетанил-3)ксантина (3) бромистым пентилом. Установлено, что взаимодействие соединения (3) с бромистым пентилом происходит в диметилформамиде
в присутствии гидроксида калия в течение 4 часов. 8-Бром-3-метил-1-н-пентил7-(тиетанил-3)ксантин (30, схема 4) образуется с выходом 77%.
Сигналы углеродов 1-н-пентильного заместителя в спектре ЯМР 13С соединения 30 находятся при 13,98; 22,41; 27,63; 29,07 и 42,08 м.д., сигналы углеродов симметричного тиетанового цикла – при 34,88 (S(CH2)2) и 53,01 (7-CH)
м.д. Наблюдаются также сигналы углеродов ксантина и 3-СН3 группы. Строение соединения 30 подтверждено также ИК и ЯМР 1Н спектрами.
Промежуточный ксантин (30) окислен до 8-бром-3-метил-1-н-пентил-7(1,1-диоксотиетанил-3)ксантина (31, схема 4) с выходом 50%.
Реакции ксантина 31 с аминами проводили в этаноле при кипячении в течение 5 часов или в диметилформамиде при кипячении в течение 1 часа. 8Аминозамещенные 3-метил-1-н-пентил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантины (3234) образуются с выходом 32-85% (схема 4).
Схема 4
O
O
HN
O
N
N
N
CH3
3
R-Br
S
R N
O
Br
é
íû Î
ò
à
Í 2
-ê ð
10 û òî ê
è çá
2
O
O
N
N
N
CH3
26, 31
N
N
CH3
25, 30
S
Br
O
O
R N
N
S
O
HNR/R//
Br
R N
O
N
S
N
N
NR /R//
CH3
27-29, 32-34
R = C3H7-í (25-29), C5H11-í (30-34);
NR/R// = N
(27, 32), N
O ( 28, 33), NHC(CH2OH)3 (29, 34).
O
O
13
В ИК-спектрах соединений 31-34 наличие полос валентных колебаний
SО2 группы в интервалах 1133-1151 и 1313-1321 см-1 свидетельствует о наличии
тиетандиоксидного цикла.
Спектры ЯМР 1Н 8-замещенных пентилксантинов (31-34) содержат сигналы 1-н-пентильного заместителя, 3-СН3 группы, тиетандиоксидного цикла и
сигналы остатков соответствующих аминов (соединения 32-34). Например,
наличие в структуре соединения 34 остатка трисамина подтверждается синглетом С(СН2)3 протонов интенсивностью 6Н при 2,95 м.д.
1.5. Синтез 8-замещенных 7-NH-1-н-бутил-3-метилксантинов и их аналогов
Реакции 8-бром- и 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов 21-24 с этилатом натрия проводятся при нагревании в абсолютном этаноле в течение 0,5 часа. 8-Бром- и 8-аминозамещенные 1-н-бутил3-метилксантины (35-38) образуются с выходом 74-98% (схема 5).
Установлено, что реакции диоксотиетанилксантинов 26-29, 31-34 с этилатом натрия протекают в аналогичных условиях и приводят к образованию 8замещенных 1-н-пропил- и 1-н-пентил-3-метилксантинов (39-46) с выходом 5686% (схема 5). Константы и спектральные характеристики 8-бром-3-метил-1-нпропилксантина 39 соответствуют литературным данным.
В результате элиминирования тиетандиоксидного цикла наряду с 8замещенными ксантинами образуется 1,1-диоксо-3-этокситиетан (47, схема 5).
Например, в реакции диоксотиетанилксантина 26 с этилатом натрия соединение
47 образуется с выходом 84%, его константы и спектральные характеристики
соответствуют литературным данным.
Схема 5
O
R N
O
O
N
S
O
O
C2H5ONa
N
N
R/
CH3
21-24, 26-29, 31-34
R N
O
NH
N
N
CH3
35-46
R/
+ C2H5O
S
47
R = C4H9-í (21-24, 35-38), C3H7-í (26-29, 39-42), C5H11-í (31-34, 43-46);
R/ = Br (21, 26, 31, 35, 39, 43), N
(22, 27, 32, 36, 40, 44),
N O (23, 28, 33, 37, 41, 45), NHC(CH2OH)3 (24, 29, 34, 38, 42, 46).
O
O
14
Элиминирование тиетандиоксидного цикла подтверждается ЯМР 1Нспектрами соединений 35-46, где отсутствуют сигналы протонов 7-СН и двух
S(СН)2 групп, наблюдаются сигналы протонов 1-алкильных заместителей, 3СН3 группы. В спектрах соединений 36-38, 40-42, 44-46 наблюдаются характерные сигналы протонов остатков аминов. Так, в спектре соединения 38 синглет
при 3,21 м.д. интенсивностью 6Н обусловлен С(СН2)3 протонами остатка трисамина, наблюдается также синглет 7-NН группы при 11,45 м.д. интенсивностью 1Н. Строение соединений 35-46 подтверждено также ИК-спектрами.
В данном разделе показана возможность использования тиетанильной
защиты N-7-атома ксантина с последующим элиминированием диоксотиетанового цикла, что позволяет синтезировать труднодоступные 8-замещенные 1алкил-3-метилксантины, содержащие незамещенную NН группу в положении 7.
1.6. Синтез 8-гидразинозамещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов,
содержащих тиетановый цикл, и их илиденпроизводных
Реакции 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)-, -7-(1-оксотиетанил3)- и -7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с гидразингидратом проводят при кипячении в этаноле в течение 2-3 часов. 8-Гидразинозамещенные 1-н-бутил-3метилксантины, содержащие тиетановый, тиетаноксидный и тиетандиоксидный
цикл (48-50), образуются с выходом 81-94% (схема 6).
Замещение атома брома исходных соединений на остаток гидразина подтверждается наличием в ИК-спектрах 8-гидразиноксантинов 48-50 полос поглощения валентных колебаний N-Н связей в области 3100–3540 см-1. Строение
соединений 48-50 подтверждено также УФ-спектрами.
Реакции 1-н-бутил-8-гидразино-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантина (48) с
ароматическими альдегидами протекают при кипячении в этаноле. Взаимодействие соединения 48 с салициловым, 5-бромсалициловым альдегидами и ванилином происходит в течение 0,5 часа, с п-диметиламинобензальдегидом – в течение 1 часа. 8-Илиденгидразинозамещенные 1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил3)ксантины (51-54) образуются с выходом 66-80% (схема 6).
Взаимодействие 8-гидразино-7-(1-оксотиетанил-3)ксантина 49 с ароматическими альдегидами происходит в аналогичных условиях. 8-Илиденгидразинозамещенные 1-н-бутил-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантины (55-58)
образуются с выходом 55-94% (схема 6).
15
Схема 6
O
H 9C 4 N
O
O
N
S( O)n
H 9C 4 N
H2N-NH 2
N
N
Br
CH3
4, 14, 21
O
r
-A
H
C
O=
N
N
N
CH3
48-50
S( O)n
NH-NH 2
O
H9C4 N
O
N
N
N
CH3
51-62
S( O)n
NH-N CH-Ar
n = 0 (4, 48, 51-54), 1 (14, 49, 55-58), 2 (21, 50, 59-62);
Br
CH3
Ar =
(51, 55, 59),
(52, 56, 60),
(53, 57, 61),
N
CH3
HO
HO
OH (54, 58, 62).
OCH3
8-Илиденгидразинозамещенные
1-н-бутил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантины (59-62, схема 6) образуются с выходом 52-90% при кипячении
соединения 50 с ароматическими альдегидами в этаноле в присутствии каталитических количеств хлористоводородной кислоты в течение 0,5 часа.
Спектры ЯМР 1Н 8-арилметилиденгидразиноксантинов 51, 53, 55, 59 содержат сигналы протонов 1-н-бутильного заместителя, синглет 3-СН3 группы,
тиетанового (51-54), тиетаноксидного (55) или тиетандиоксидного (59) цикла, а
также сигналы остатка соответствующего альдегида. Например, в спектре соединения 53 наблюдается синглет N(СН3)2 группы остатка п-диметиламинобензальдегида при 2,95 м.д. интенсивностью 6Н и два дублета ароматических
протонов с центрами при 6,72 и 7,47 м.д. (КССВ 8,5 Гц), синглеты при 7,99 и
11,14 м.д. принадлежат протонам N=СН и NН группы соответственно. Наличие
только одного набора сигналов свидетельствует о присутствии только одного
16
изомера относительно С=N связи гидразонов. Строение соединений 51-62 подтверждено также ИК- и УФ-спектрами.
2. Анализ результатов биологических испытаний 8-замещенных
1-н-бутил-3-метилксантинов
Для определения биологической активности 8-замещенные 1-н-бутил-3метилксантины и их аналоги испытаны на антидепрессивную, противомикробную активность, исследовано также их влияние на систему гемостаза на кафедрах фармакологии № 1, микробиологии и биохимии Башкирского государственного медицинского университета. Проведен прогноз биологической активности синтезированных соединений.
2.1. Анализ антидепрессивной активности
Антидепрессивную активность 8-аминозамещенных 1-н-бутил- (5, 6, 12,
15, 16, 20, 22-24, 36-38), 1-н-пропил- (27-29, 40-42) и 1-н-пентил-3-метилксантинов (32, 33, 45) в дозе 2 мг/кг определяли на половозрелых неинбредных
мышах-самцах в тестах принудительного плавания и подвешивания за хвост.
Препарат сравнения – флуоксетин (10 мг/кг).
В ряду тиетансодержащих 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов в тесте подвешивания за хвост наиболее активны соединения, содержащие неокисленный тиетановый цикл (5), в тесте принудительного плавания по длительности иммобилизации – соединения, содержащие тиетаноксидный цикл (15, 16), а по индексу депрессивности – соединения, содержащие тиетандиоксидный цикл (22), а также неокисленный тиетановый цикл (5).
Наибольшую антидепрессивную активность проявляет 1-н-бутил-3-метил-8пиперидино-7-(тиетанил-3)ксантин 5, вызывающий уменьшение длительности
иммобилизации в тесте подвешивания за хвост на 72% и индекса депрессивности на 32%. Препарат сравнения флуоксетин вызывает уменьшение длительности иммобилизации в тесте принудительного плавания на 53% и индекса депрессивности на 50%.
Антидепрессивную активность проявляют также 1-н-пропильные аналоги
(27, 28). Наиболее активен 3-метил-8-морфолино-1-н-пропил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантин 28, вызывающий уменьшение длительности иммобилизации в тесте подвешивания за хвост на 65% и индекса депрессивности на 35%.
В ряду 7-незамещенных ксантинов появляется депрессогенный эффект,
как в тесте подвешивания за хвост (37), так и в тесте принудительного плавания
17
(40, 45). Среди них есть и антидепрессивные соединения (38, 45) в тесте подвешивания за хвост. Необходимо отметить разнонаправленное влияние соединения 45 в разных тестах.
2.2. Анализ влияния на систему гемостаза
Изучено влияние водорастворимых гидрохлоридов 8-пиперазинозамещенных 1-н-бутил- и 1-этил-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантинов (9, 13) на систему гемостаза.
Антиагрегационную и дезагрегационную активность соединений 9, 13
определяли по методу Born на агрегометре Thromlite – 1006A с использованием
донорской крови человека. Метод основан на регистрации изменения оптической плотности богатой тромбоцитами плазмы до и после введения индуктора
агрегации тромбоцитов (АДФ - 20 мкг/мл, коллаген - 5 мг/мл). Препарат сравнения – пентоксифиллин.
Таблица 1
Влияние соединений 9, 13 и пентоксифиллина
на АДФ-индуцированную агрегацию тромбоцитов
Соединение
9
13
пентоксифиллин
Подавление агреКонцентрация, гации тромбоциммоль/л
тов,
% к контролю
Количество распавшихся тромбоцитарных агрегантов, % к контролю
2
100,0±0,0*,**
25,7±2,7*,**
2
100,0±0,0*,**
100,0±0,0*,**
1
100,0±0,0*,**
52,9±3,2*,**
0,5
50,2±2,1*,**
37,4±2,1*,**
0,25
24,3±1,8*,**
0,0
2
51,9±1,3*
12,5±2,5*
1
13,9±2,6*
0,0
0,5
0,0
0,0
0,25
0,0
0,0
Примечание: * - р<0,05,
** - отличие от препарата сравнения достоверно (р<0,05).
При использовании в качестве индуктора АДФ (табл. 1) соединение 9 в
концентрации 2 ммоль/л превосходит пентоксифиллин по антиагрегационной и
18
дезагрегационной активности в 2 раза, а соединение 13 – в 2 и 8 раз соответственно. В концентрации 1 ммоль/л соединение 13 превосходит пентоксифиллин по антиагрегационной активности в 7 раз и проявляет 52,9% дезагрегационной активности, тогда как пентоксифиллин в данной концентрации дезагрегационной активности не проявляет. Кроме того, соединение 13 в отличие от
пентоксифиллина активно и в концентрациях 0,5 и 0,25 ммоль/л.
При использовании в качестве индуктора коллагена соединение 9 в концентрации 2 ммоль/л проявляет 100% антиагрегационной и 28,4% дезагрегационной активности, а соединение 13 проявляет только 100% антиагрегационную
активность. В данной концентрации пентоксифиллин не проявляет антиагрегационной и дезагрегационной активности.
Антикоагуляционную активность соединений 9, 13 в концентрации 1
мг/мл определяли на турбометрическом гемокоагулометре Solar CGL 2110 с
использованием донорской крови человека. Препарат сравнения – гепарин (1
мг/мл). Соединение 13 увеличивает активированное частичное тромбопластиновое время на 23,3%, тогда как гепарин на 54,7%.
2.3. Анализ противомикробной активности
Противомикробную активность 8-гидразино- (48-50) и 8-илиденгидразинозамещенных (51-62) 1-н-бутил-3-метилксантинов определяли методом серийных разведений.
Из 15 исследованных соединений наибольшей противомикробной активностью обладают 1-н-бутил-8-гидразино-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантин (48) и
1-н-бутил-8-(2-гидроксифенил)метилиденгидразино-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантин (51) в минимально подавляющей концентрации 6,25 мг/мл в отношении Bacillus spp. и 12,5 мг/мл в отношении E. coli и Enterobacter spp.. 1-н-Бутил8-гидразино-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантин (49), 1-н-бутил-8-(4-гидрокси-3-метоксифенил)метилиденгидразино-3-метил-7-(тиетанил-3)ксантин (54) и
1-н-бутил-8-(4-гидрокси-3-метоксифенил)метилиденгидразино-3-метил-7-(1-оксотиетанил-3)ксантин (58) обладают противомикробным действием на некоторые виды микроорганизмов в концентрации 100 мг/мл. Остальные исследуемые
8-гидразино-1-н-бутил-3-метилксантины, содержащие тиетановый цикл, и их
илиденпроизводные не проявляют противомикробную активность.
19
2.4. Прогноз биологической активности 8-замещенных 1-н-бутил-3метилксантинов
Прогноз биологической активности синтезированных соединений проводили по структурной формуле в интернет-версии компьютерной системы PASS
(Prediction of Activity Spectra for Substances).
В результате проведенного прогноза установлено, что синтезированные
8-амино(гидразино)замещенные 1-н-бутил-3-метилксантины, содержащие тиетановый цикл с различной степенью окисления атома серы, с большой вероятностью (Ра>0,7) могут проявлять иммуномодулирующую активность и являться
модуляторами цитокинов. Для них прогнозируются также сосудорасширяющая,
аналептическая, антиоксидантная, ноотропная и другие виды активности.
Для 7-незамещенных 1-алкил-3-метилксантинов увеличивается количество предсказываемых видов биологической активности. С вероятностью
Ра>0,7 они могут проявлять сосудорасширяющее, аналептическое, седативное,
ноотропное действие, а также являться ингибиторами фосфодиэстеразы цАМФ,
агонистами допаминовых рецепторов и модуляторами цитокинов.
ВЫВОДЫ
1. Исследованы реакции 8-бром-1-н-бутил-3-метил-7-(тиетанил-3)-, -7-(1оксотиетанил-3)- и -7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с циклическими и
ациклическими аминами различного строения. Установлено, что происходит
замещение атома брома на остаток амина и сохранение тиетанового цикла. Разработаны методы синтеза новых рядов 8-аминозамещенных 1-н-бутил-3метилксантинов, содержащих в положении 7 тиетановый, тиетаноксидный и
тиетандиоксидный цикл.
2. Исследованы реакции 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-н-пропил- и 1-нпентил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов с этилатом натрия. Установлено элиминирование тиетандиоксидного цикла с образованием 1,1-диоксо3-этокситиетана. Разработаны методы синтеза 8-замещенных 1-н-бутил-, 1-нпропил- и 1-н-пентил-3-метилксантинов.
3. Исследованы реакции 8-бром-1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл с различной степенью окисления атома серы, с гидразингидратом. Установлено, что происходит замещение атома брома на остаток
гидразина и сохранение тиетанового цикла. Разработаны методы синтеза тие-
20
тансодержащих 1-н-бутил-8-гидразино-3-метилксантинов и их илиденпроизводных.
4. Среди синтезированных соединений выявлены вещества, обладающие
антидепрессивной, антиагрегационной, дезагрегационной и противомикробной
активностью. Установлены некоторые закономерности зависимости «структура
–
активность»
в
ряду
8-амино(гидразино)замещенных
1-алкил-3метилксантинов.
5. 1-н-Бутил-3-метил-8-пиперидино-7-(тиетанил-3)ксантин и 3-метил-8морфолино-1-н-пропил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантин как вещества, проявляющие высокую антидепрессивную активность, а также гидрохлорид 1-нбутил-3-метил-8-пиперазино-7-(тиетанил-3)ксантина – как вещество с высокой
антиагрегационной и дезагрегационной активностью рекомендованы к углубленным фармакологическим исследованиям.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Шабалина Ю.В. Синтез 8-аминозамещенных 1-алкил-3-метил-7(тиетанил-3)ксантинов / Ю.В. Шабалина, Ф.А. Халиуллин, Р.М. Шарафутдинов
// Башкирский химический журнал. - 2009. - Т. 16 - № 4. - С. 131-133.
2. Халиуллин Ф.А. Тиетанильная защита в синтезе 1-алкил-8-бром-3метил-3,7-дигидро-1Н-пурин-2,6-дионов / Ф.А. Халиуллин, Ю.В. Шабалина,
Р.М. Шарафутдинов // Журнал органической химии. - 2010. - Т. 46 - № 5. - С.
698-701.
3. Шарафутдинов Р.М. Синтез 8-гидразинозамещенных 1-н-бутил-3метилксантинов, содержащих тиетановый цикл / Р.М. Шарафутдинов, Ю.В.
Шабалина, Ф.А. Халиуллин // Башкирский химический журнал. - 2011. - Т.
18 - № 1. - С. 131-132.
4. 3-Метил-8-пиперазино-7-(тиетанил-3)-1-этилксантина гидрохлорид,
проявляющий антиагрегационную и дезагрегационную активность: патент РФ
№ 2404181 от 20.11.2010 / Халиуллин Ф.А., Шабалина Ю.В., Тимирханова Г.А.
[и др.]. – Бюл. № 32.
5. Шарафутдинов Р.М. Исследование реакции алкилирования 8-бром-3метил-7-(тиетанил-3)ксантина бромистым пропилом / Р.М. Шарафутдинов,
Ю.В. Шабалина // Вопросы теоретической и практической медицины: материалы 72-й итоговой Республиканской науч. конф. студентов и молодых ученых. Уфа, 2007. - С. 312-313.
21
6. Филипенко Ю.В. Синтез 1-пропилзамещенных 3-метилксантинов /
Ю.В. Филипенко, Ф.А. Халиуллин, Р.М. Шарафутдинов // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: межвуз. сб. науч. трудов VI
Всерос. конф. молодых ученых с международ. участием. - Саратов, 2007. - С.
149-151.
7. Шарафутдинов Р.М. Синтез 8-аминозамещенных 1-бутил-3-метил-7(тиетанил-3)ксантинов / Р.М. Шарафутдинов, Ю.В. Шабалина, Ф.А. Халиуллин
// Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции:
сб. науч. трудов. - Пятигорск, 2010. - Вып. 65. - С. 422-423.
8. Шарафутдинов Р.М. Синтез 8-замещенных 1-бутил-3-метилксантинов,
содержащих тиетановый цикл / Р.М. Шарафутдинов, Ю.В. Шабалина // Вопросы теоретической и практической медицины: материалы 75-й итоговой Юбилейной Республиканской науч. конф. студентов и молодых ученых. - Уфа, 2010.
– Т. 2. - С. 212-213.
9. Шабалина Ю.В. Тиетанильная защита в синтезе 7-незамещенных 1алкил-8-бром-3-метилксантинов / Ю.В. Шабалина, Ф.А. Халиуллин, Р.М. Шарафутдинов // Химия и медицина: тез. докл. VIII Всерос. конф. с междунар.
участием. - Уфа, 2010. - С. 345.
10. Шарафутдинов Р.М. Поиск биологически активных соединений в ряду
тиетансодержащих аналогов пуриновых алкалоидов / Р.М. Шарафутдинов,
Ю.В. Шабалина // Медицинская наука – 2010: материалы Республиканской
конф. молодых ученых РБ с междунар. участием, посвящ. Году Республики,
Дню Медицинского работника. - Уфа, 2010. - С. 272-273.
11. Шабалина Ю.В. Синтез биологически активных 8-аминозамещенных
1-алкил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл / Ю.В. Шабалина,
Р.М. Шарафутдинов, И.Л. Никитина, Ф.А. Халиуллин // Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского
хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья: материалы
Всерос. науч.-практич. конф. с международ. участием. - Уфа, 2011. - С. 344-347.
12. Халиуллин Ф.А. Тиетанильная защита в синтезе 7-незамещенных 1алкилксантинов / Ф.А. Халиуллин, Ю.В. Шабалина, Р.М. Шарафутдинов // Новые направления в химии гетероциклических соединений: материалы Второй
Международ. науч. конф. - Ставрополь, 2011. - С. 251.
22
13. Шабалина Ю.В. Синтезы и реакции тиетанилксантинов / Ю.В. Шабалина, Р.М. Шарафутдинов, Р.А. Губаева [и др.] // Материалы XIV Молодежной
конференции по органической химии. – Екатеринбург, 2011. - С. 518-521.
14. Шабалина Ю.В. Синтез и свойства 8-замещенных 1-алкил-3-метил-7(тиетанил-3)ксантинов / Ю.В. Шабалина, Р.А. Губаева, Р.М. Шарафутдинов [и
др.] // Современные аспекты медицины и фармации – 2011: материалы 71 науч.практич. студ. конф. молодых ученых и студентов (Запорожье, Украина). - Запорожье, 2011. - С. 186.
15. Губаева Р.А. 8-Замещенные 1-алкил-3-метилксантины, содержащие
тиетановый цикл / Р.А. Губаева, Д.З. Муратаев, Р.М. Шарафутдинов // Вопросы
теоретической и практической медицины: материалы 76-й Республиканской
науч. конф. студентов и молодых ученых. - Уфа, 2011. – Т. 1. - С. 146-147.
16. Шарафутдинов Р.М. Синтез и антидепрессивная активность 8аминозамещенных 1-алкил-3-метил-7-(1,1-диоксотиетанил-3)ксантинов / Р.М.
Шарафутдинов, Ю.В. Шабалина, Ф.А. Халиуллин // Фармация и общественное
здоровье: материалы ежегодной конф. - Екатеринбург, 2011. - С. 65-66.
17. Никитина И.Л. Поиск соединений с антидепрессивной активностью
среди новых производных 2-тиетанил-3 1,2,4-триазол-3-она и 8-аминозамещенных 1-бутил-3-метилксантинов / И.Л. Никитина, А.Ф. Мифтахова, О.А.
Иванова, Ю.В. Шабалина, Р.М. Шарафутдинов // Фармация и общественное
здоровье: материалы ежегодной конф. - Екатеринбург, 2011. - С. 370-372.
18. Шабалина Ю.В. Синтез и антидепрессивная активность 8аминозамещенных 1-н-бутил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл
/ Ю.В. Шабалина, И.Л. Никитина, Р.М. Шарафутдинов [и др.] // Биологически
активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и
применения: материалы науч.-практич. конф. - Киев, 2011. - С. 205-206.
19. Шабалина Ю.В. Синтез и биологическая активность 8-замещенных 1алкил-3-метилксантинов, содержащих тиетановый цикл / Ю.В. Шабалина, Р.А.
Губаева, Р.М. Шарафутдинов // Современная фармацевтическая наука и практика: традиции, инновации, приоритеты: материалы Всерос. науч.-практич.
конф. - Самара, 2011. - С. 85-87.
23
Шарафутдинов Руслан Маратович
СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 8-ЗАМЕЩЕННЫХ
1-н-БУТИЛ-3-МЕТИЛКСАНТИНОВ
14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата фармацевтических наук