Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів

Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ДАНИЛА ГАЛИЦЬКОГО

АТАМАНЮК ДМИТРО ВАЛЕРІЙОВИЧ

УДК 615.012.1.076:547.789.6

СИНТЕЗ, ПЕРЕТВОРЕННЯ ТА БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ ПОЛІЦИКЛІЧНИХ КОНДЕНСОВАНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ 4-ТІАЗОЛІДОНІВ

15.00.02 - фармацевтична хімія та фармакогнозія

Захист відбудеться " 23 " травня 2008 року о 10оо год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.600.02 у Львівському національному медичному університеті імені Данила Галицького за адресою: 79010, м. Львів, вул. Пекарська, 69.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького (79000, м. Львів, вул. Січових Стрільців, 6).

Автореферат розісланий " 17 " квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Гасюк Г.Д.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні проекти створення лікарських засобів базуються на ідентифікації біологічної мішені, пов'язаної з патологічним процесом. Використання такої стратегії до 4-тіазолідонів дозволило виявити їх груповий афінітет до сімейства PPAR-рецепторів, ряду регуляторних цитокінів - TNFб/TNFrc-1, Bcl-XL/BH3, ензимів - JSP-1, COX-2/5-LOX, UDP-MurNAc/L-Ala лігази тощо. За даними баз Negwer та Merck Index успіхи у дослідженні 4-тіазолідонів дозволили впровадити у медичну практику 9 лікарських засобів та одержати понад 15 «лікоподібних молекул», які знаходяться на різних стадіях клінічних досліджень. Анелювання нових гетероциклічних фрагментів, як поширений прийом у фармацевтичній хімії для обмеження конформаційної гнучкості активних молекул, є перспективним та недостатньо вивченим напрямком пошуку біологічно активних сполук на основі 4-тіазолідонів, враховуючи факт ймовірного імітування конденсованими системами біофорних фрагментів своїх синтетичних прекурсорів. Дослідження в галузі хімії та фармакології конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів відображені у роботах Б.С. Зіменковського, Й.Д. Комариці, О.В. Владзімірської, Р.Б. Лесика, R. Markovic, N.A.L. Kassab, H.A. Ead, N.H. Metwalli та інших. Традиційно наведений клас гетероциклів вивчався на предмет протимікробної, протигрибкової та протизапальної активностей, однак інші види біологічних ефектів, особливо, пов'язані з 4-тіазолідонами, антиоксидантний та протипухлинний, не досліджувались або досліджувались спорадично. Тому синтез, поглиблене вивчення фізико-хімічних і фармакологічних властивостей нових поліциклічних конденсованих похідних на основі 4-тіазолідону та встановлення зв'язку «структура-дія» є актуальними для сучасної фармацевтичної хімії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом проблеми «Фармація» МОЗ України і є фрагментом комплексної науково-дослідної роботи Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького (державна реєстрація № 0101U009227, шифр теми ІН 10.06.0001.01).

Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи був синтез та вивчення біологічної активності нових конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів.

Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:

Ш синтезувати нові поліциклічні конденсовані гетероцикли з тіопірано[2,3-d]тіазольним каркасом на основі 5-(R-метиліден)-4-тіоксо-2-тіазолідонів як гетеродієнів та серії дієнофілів (похідні 2-норборнену, ароїлакрилові кислоти, 1,4-нафтохінон тощо) у реакції гетеро-Дільса-Альдера;

Ш дослідити можливості структурної модифікації функціоналізованих тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів за положенням 3 та альдегідними і карбоксильними групами тіопіранового фрагменту для оцінки напрямків оптимізації «сполук-лідерів»;

Ш дослідити особливості перебігу [4+2]-циклоприєднання 5-етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідону з похідними ненасичених карбонових кислот та 1,4-нафтохіноном, а також тандемні «доміно»-реакції 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданіну з акролеїном;

Ш вивчити спектральні характеристики синтезованих сполук та провести рентгеноструктурне дослідження однієї з речовин;

Ш дослідити протипухлинну, антиоксидантну, протигіпоксичну, протитуберкульозну, протисудомну, гастропротекторну та противірусну активності синтезованих сполук;

Ш вивчити ліпофільність, провести докінгові дослідження та QSAR-аналіз групи потенційних протиракових агентів, на основі чого висунути гіпотезу про механізм дії та сформулювати рекомендації до раціонального дизайну «лікоподібних молекул».

Об'єктами дослідження були реакція гетеро-Дільса-Альдера у синтезі тіопірано[2,3-d]тіазолів, взаємодія 4-тіоксо-2-тіазолідонів (ізороданінів) з оксосполуками, реакції гетероциклізації, ацилювання, тіонування, алкілювання, рециклізації та «доміно»-процеси.

Предметом дослідження стали поліциклічні конденсовані системи з тіопірано[2,3-d]тіазольним фрагментом у молекулах, одержані на основі 4-тіазолідонів, як базові «структурні каркаси» для пошуку біологічно активних сполук.

Методи дослідження: органічний синтез, спектральні методи аналізу (ЯМР- та мас-спектроскопія), рентгеноструктурний аналіз, елементний аналіз, тонкошарова хроматографія, фармакологічний скринінг, QSAR-аналіз, докінгові дослідження.

Наукова новизна одержаних результатів. Реакцією гетеро-Дільса-Альдера синтезовано неописані в літературі 3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецени-4(8), 3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадецени-4(8), а також тіопірано[2,3-d]тіазоли на основі акролеїну, ароїлакрилових кислот, диметилацетилендикарбоксилату та N-карбоксиметилмалеїніміду як дієнофілів. Встановлено, що при використанні 1,4-нафтохінону в реакції гетеро-Дільса-Альдера з 5-(R-метиліден)ізороданінами проходить спонтанна дегідрогенізація аддукту надлишком реагенту. Вперше доведено можливість синтетичної утилізації 5-алкіліденізороданінів як гетеродієнів. Встановлено, що взаємодія 5-етоксиметиліденізороданіну з ацетилендикарбоновою кислотою та її метиловим естром, ароїлакриловими кислотами і 1,4-нафтохіноном проходить із спонтанними перетвореннями [4+2]-аддукту, які включають не тільки встановлену раніше елімінацію молекули етанолу, а й декарбоксилювання та перегрупування подвійних зв'язків в залежності від природи дієнофілу. Запропоновано нову каскадну «доміно»-реакцію, яка полягає у взаємодії 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном та поєднує гетеродієновий синтез і утворення циклічного напівацеталю. Показано, що взаємодія 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтових кислот з амінопохідними в жорстких умовах проходить з рециклізацією у спірозаміщений піролідиндіоновий цикл і утворенням 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5 -тріонів. Запропоновано метод синтезу амідів карбонових кислот з групи поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів з використанням N,N-дициклогексилкарбодііміду (DCC).

Проведено спрямований синтез 199 сполук, cеред яких ідентифіковано 32 речовини з високою протипухлинною, антиоксидантною, протигіпоксичною, протитуберкульозною, протисудомною, гастропротекторною та противірусною активностями. Протипухлинний та антиоксидантний ефекти тіопірано[2,3-d]тіазолів виявлено вперше, що свідчить про новизну та пріоритет дослідження. На основі вивчення ліпофільності сполук, COMPARE-аналізу, докінгу та QSAR-аналізу запропоновано рекомендації до раціонального дизайну потенційних протиракових агентів. Наукова новизна роботи підтверджена патентами України на корисну модель №7150 (2005 р.), №17608 (2007 р.), №17828 (2007 р.).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено методи синтезу та перетворень тіопірано[2,3-d]тіазолів. Виявлено нові високоактивні сполуки для поглиблених доклінічних досліджень. Встановлено кореляції «структура-активність» та сформульовано критерії для спрямованого синтезу і прогностичні характеристики для «лікоподібних молекул» з групи конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів. Фрагменти роботи впроваджено в науковий та навчально-методичний процеси Національного фармацевтичного університету (акти впровадження від 15.11.2006, 25.11.2006), а також включено у програму навчальної дисципліни «Комп'ютерні технології у фармації» (акт впровадження від 20.12.2007).

Особистий внесок здобувача. У ході виконання роботи автором реалізовано виконання експериментальної частини, узагальнення результатів та формулювання положень і висновків, які виносяться на захист. Співавторами наукових праць є науковий керівник, а також науковці, з якими проводились спільні фізико-хімічні та біологічні дослідження.

Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на VII Міжнародній конференції студентів медицини (Краків, Польща, 2003), XIX та XX Наукових з'їздах Польського фармацевтичного товариства (Вроцлав, 2004; Катовіце, 2007), VI Національному з'їзді фармацевтів України (Харків, 2005), Симпозіумі з хімічної біології нуклеїнових кислот (Оденсе, Данія, 2005), І Міжнародній науково-практичній конференції «Науково-технічний прогрес і оптимізація технологічних процесів створення лікарських препаратів», (Тернопіль, 2006), Міжнародній конференції «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, Росія, 2006), Міжнародній конференції «Хімія азотовмісних гетероциклів» ХАГ-2006 (Харків, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції «Створення, виробництво, стандартизація, фармакоекономічні дослідження лікарських засобів та біологічно активних добавок» (Харків, 2006), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Ліки-людині» (Харків, 2007), Всеукраїнській конференції «Домбровські хімічні читання» (Тернопіль, 2007), XI науковій конференції «Львівські хімічні читання» (Львів, 2007), Міжнародній науковій конференції «Bridges in Life Sciences» (Печ, Угорщина, 2007), засіданні кафедри фармацевтичної, органічної і біоорганічної хімії ЛНМУ ім. Данила Галицького (Львів, 2008).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 32 наукові роботи, з яких 6 статей - у наукових фахових виданнях, 5 статей - в іноземних фахових журналах та 21 тези доповідей. Одержано 3 патенти на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із переліку умовних скорочень, вступу, п'яти розділів, висновків, списку літератури та 3 додатків (3 c.). Загальний обсяг дисертації - 126 сторінок. Робота ілюстрована 48 таблицями (44 с.) і 11 рисунками (4 с.). Перелік використаної літератури містить 307 джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Cинтез нових поліциклічних систем з тіопірано[2,3-d]тіазольним каркасом на основі 5-ариліден- та гетериліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів

З метою вивчення впливу «фіксування» біофорного 5-іліден-4-тіазолідонового фрагменту у конденсованих гетеросистемах на зміну фармакологічного профілю сполук та кореляцію «структура-активність» одержано нові похідні тіопірано[2,3-d]тіазолів за реакцією гетеро-Дільса-Альдера на основі 5-ариліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів (5-ариліденізороданінів) як ключових гетеродієнів.

Використання акролеїну як дієнофіла (схема 1) дозволяє синтезувати 2-оксо-7-арил-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-6-карбальдегіди 2.1-2.4 та функціоналізувати тіопіранотіазолове ядро для наступних хімічних перетворень. Так, взаємодією 2.2 з тіосемікарбазидом одержано тіосемікарбазон 2.5, який у реакції [2+3]-циклоконденсації з N-(4-етоксикарбонілфеніл)малеїнімідом утворює похідне тіопірано[2,3-d]тіазолу з 4-тіазолідоновим фрагментом у боковому ланцюзі (2.6). Структура одержаних сполук підтверджена ПМР спектрами, причому КССВ (J = 4,5-4,7 Гц) дублету протону в положенні 7 (д = 4,23-4,27 м.ч.) вказує на його відносне транс-розташування до протону в положенні 6.

Схема 1

Рис. 1. Віднесення сигналів і кореляції НМВС сполуки 2.14.

Ряд нових функціоналізованих тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів 2.7-2.20 (схема 2) одержано при використанні як дієнофілів диметилацетилендикарбоксилату, ароїлакрилових кислот, а також N-карбоксиметилмалеїніміду, одержаного іn situ тривалим кип'ятінням малеїнового ангідриду і гліцину в оцтовій кислоті.

Схема 2

Рис.2. РСА сполуки 2.23

Перебіг [4+2]-цикло-приєднання ароїлакрилових кислот, а саме утворення продукту А (схема 2), підтверджено інтерпретацією гетероядерної кореляції спектрів 1Н-13С через один хімічний зв'язок (метод HMQC) та через 2-3 хімічних зв'язки (метод НМВС). За кореляціями аліфатичних протонів тіопіранового циклу з атомом карбону оксогрупи встановлено віднесення сигналів та кореляції НМВС на прикладі сполуки 2.14 (рис 1.). На основі спектрів ПМР сполук 2.11-2.17 за КССВ (J = 10,3 Гц) дублетів протонів 5-Н, 7-Н та триплету 6-Н протону (д = 3,28-4,67 м.ч.) можна констатувати взаємне цис-розташування усіх протонів водню, а для похідних 2.18-2.20 (д = 4,00-4,82 м.ч.) - цис-конфігурацію (J = 8,8 Гц) 5-Н і 6-Н та транс-розташування 6-Н і 7-Н протонів (J = 4,8 Гц).

Взаємодією 5-арил(гетерил)іденізороданінів з 2-норборненом одержано 9-Ar(Het)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-они-6 2.21-2.42 (схема 2), стерео-конфігурація яких доведена рентгеноструктурним аналізом (РСА) сполуки 2.23 (рис 2).

На основі ангідриду 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти синтезовано арил- (2.43-2.51) та бензиліміди (2.52-2.58), імідоалканкарбонові кислоти (2.59-2.65), їх естри (2.66-2.69) і аміди (2.70-2.85) та ариліденпохідні циклічного гідразиду (2.86, 2.87), які використані як дієнофіли в [4+2]-циклоконденсаціях (схеми 3, 8), а також для вивчення протисудомної активності. При взаємодії імідів з 5-арил(гетерил)іденізороданінами одержані 3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадецени-4(8) 2.88-2.144. Враховуючи попередні дослідження стереоселективності аналогічної реакції з 2-норборненом та відому стерео-конфігурацію дієнофілів - N-заміщених біцикло[2.2.1]гепт-5-ен-2,3-дикарбоксімідів, можна зробити висновок про аналогічну структуру 2.88-2.144 (схема 3).

Схема 3

При дослідженні взаємодії 5-арил(гетерил)іден-4-тіоксо-2-тіазолідонів з 1,4-нафтохіноном очікувані продукти [4+2]-циклоприєднання зазнають спонтанної оксидації надлишком нафтохінону, що дозволило одержати ряд 11-заміщених 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріонів 2.145-2.156, які містять у своїй структурі біофорні фрагменти протиракових лікарських засобів - адріаміцину, даунорубіцину, мітоксантрону та мітоміцину С (схема 4).

Схема 4

Підтвердженням проходження спонтанної дегідрогенізації є синглет протону у положенні 11 при 5,40-5,75 м.ч. у спектрах ПМР.

2. Синтез нових тіопірано[2,3-d]тіазолів на основі 5-(цикло)алкіліден- та етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів

Сучасні вимоги до нових біологічно-активних сполук обґрунтовують створення «лікоподібних молекул» з невисокою молекулярною масою (до 500). Тому з метою заміни арильних та гетерильних субституентів тіопірано[2,3-d]тіазолів на структурно простіші, як гетеродієни у реакції гетеро-Дільса-Альдера досліджено серію 5-алкілідензаміщених ізороданінів (схема 5). 5-Eтоксиметиліденізороданін 3.5 синтезовано за відомим методом (Ead, 1987), 5-(цикло)алкіліденізороданіни (3.1-3.4) одержано взаємодією ізороданіну з 10-15-кратним надлишком відповідного кетону при кімнатній температурі у присутності моноетаноламіну, а для синтезу 5-метоксикарбонілметиленізороданіну 3.6 використано тіонування його 4-оксоаналогу (Р.Б. Лесик, Б.С. Зіменковський, 2004).

Схема 5

Нові 7-(цикло)алкілтіопірано[2,3-d]тіазол-2-они 3.7-3.22 одержані взаємодією 3.1-3.4, 3.6 з малеїнімідами, ароїлакриловими кислотами та 1,4-нафтохіноном (схема 6).

В спектрах ПМР сполук 3.7-3.14 та 3.19-3.21 протони груп СН у положеннях 5 і 6 тіопірано[2,3-d]тіазольного циклу проявляються двома дублетами при 3,07-5,38 м.ч. з КССВ J = 8,7-10,8 Гц, що свідчить про їх цис-розташування. Крім того, на основі ПМР- та хромато-мас-спектрів сполук 3.8 та 3.9 встановлено, що реакція гетеро-Дільса-Альдера 5-ізопропеніліденізороданіну 3.1 з малеїнімідами проходить з утворенням пари діастереомерів у співвідношенні ~1:1. Стереохімію наведеного процесу можна пояснити симетричністю іліденового фрагменту гетеродієну (2 метильні групи), а отже відсутністю переваги стосовно утворення (4aR,7aR)- чи (4aS,7aS)-аддуктів (схема 7).

5-(Цикло)алкіліденізороданіни 3.1, 3.2, 3.4 та 3.6 реагують з такими дієнофілами як 2-норборнен та іміди 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти (схема 8), на відміну від 5-циклопентиліденізороданіну 3.3, що можна пояснити його низькою конформаційною гнучкістю, утрудненням наближення дієнофілу та утворення перехідного стану.

У реакції гетеро-Дільса-Альдера 5-етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідону 3.5 з дієнофілами в середовищі оцтової кислоти утворений [4+2]-аддукт зазнає відщеплення молекули етанолу з утворенням додаткового ендоциклічного подвійного зв'язку, що підтверджується мас- та ПМР-спектрами (схема 9). Так, при взаємодії 3.5 з акролеїном та кротоновим альдегідом синтезовано гетероциклічні альдегіди 3.46 і 3.47, а використання як дієнофілів 2-норборнену та ряду норборненвмісних імідопохідних дозволило одержати тетра- (3.48) та пентациклічні (3.49-3.58) похідні 3,5-дигідротіопірано[2,3-d]тіазол-2-ону.

При взаємодії ацетилендикарбонової кислоти з 3.5 спостерігається не тільки елімінація молекули етанолу, а й декарбоксилювання інтермедіату з одночасним перегрупуванням системи кратних зв'язків з утворенням 2-оксо-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-6-карбонової кислоти 3.60. На відміну від 3.60, приєднання диметилового естру ацетилендикарбонової кислоти відбувається лише з елімінацією етанолу та перегрупуванням системи спряжених подвійних зв'язків з утворенням сполуки 3.59. Реакція 3.5 з ароїлакриловими кислотами також супроводжується декарбоксилюванням [4+2]-аддуктів з утворенням сполук 3.61 та 3.62. Взаємодія 5-етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідону з 1,4-нафтохіноном проходить з дегідруванням інтермедіату надлишком гідрохінону і утворенням додаткового ендоциклічного подвійного зв'язку та перегрупування системи спряжених подвійних зв'язків (3.63). Перебіг наведених реакцій підтверджено методами 1Н-, 13С-ЯМР та мас-спектроскопії. Процеси декарбоксилювання при одержанні 3.60-3.62 ймовірно можна пояснити утворенням водневого зв'язку в інтермедіаті і протонуванням атому сульфуру, що ініціює перенесення заряду та відщеплення діоксиду карбону (схема 10).

3. Синтетичні дослідження структурної модифікації похідних тіопірано[2,3-d]тіазолів як можливих напрямків оптимізації «сполук-лідерів»

З метою вивчення можливих шляхів хімічної модифікації похідних 9,9-R1,R2-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-онів-6, які проявили суттєву протиракову та антиоксидантну активності, опрацьовано реакції їх N-алкілювання через відповідні калійні солі. Як алкілюючі агенти для синтезу 4.1-4.7 використано етилхлорацетат та ряд N-арилхлорацетамідів. Гідразинолізом 4.7 одержано гідразид 4.8. З метою синтезу «біфармакофорних» молекул з фрагментом-носієм протипухлинної активності та тіазолідиндіоновим залишком, який повинен забезпечити афінітет до PPAR-г рецепторів, гідразид 4.8 проацильовано хлорангідридом 2,4-тіазолідиндіон-5-оцтової кислоти (4.9). Шляхом нуклеофільного приєднання фенілізотіоціанату (4.10) з наступною циклізацією у лужному середовищі фенілтіосемікарбазидного фрагменту одержано похідне 4.11 з 1-феніл-2-меркапто-1,3,4-тріазолільним фрагментом у молекулі (схема 11).

Схема 11

Відомо, що 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданіни при взаємодії з похідними акрилової кислоти (Й.Д. Комариця, 1989; Kassab, 1976) та ангідридами дикарбонових кислот (Р.Б. Лесик, 2004) зазнають каскадної двоетапної реакції, яка проходить за «доміно»-механізмом, з утворенням оригінальних поліциклічних систем. Ми вперше встановили, що взаємодія акролеїну з 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінами проходить в аналогічній манері як тандемні реакції гетеро-Дільса-Альдера та утворення циклічних напівацеталів (4.14, 4.15), що інтерпретовано на основі мас- та 1Н-ЯМР-спектрів (схема 12). Для хімічних перетворень в умовах «доміно»-реакцій ресинтезовано кислоти 4.12 та 4.13. Встановлено, що довготривале нагрівання сполуки 4.13 з ароматичними амінами та гліцином в середовищі оцтової кислоти призводить до неочікуваної рециклізації з розривом ендоциклічного естерного угрупування та утворенням спіро-заміщених сукцинімідів з тіопірано[2,3-d]тіазол-2-оновим фрагментом - 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів 4.16-4.20. Використання традиційного методу одержання амідів 4.12, 4.13 через відповідні хлорангідриди не мало успіху, тому адаптовано альтернативний підхід ацилювання ароматичних амінів за допомогою N,N-дициклогексилкарбодііміду (DCC).

4. Біологічна активність нових поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів

Реалізовані у роботі напрями фармакологічного скринінгу є фрагментами проекту, який базується на багаторічному досвіді наукової школи проф. М. Туркевича з корекцією на сучасні тенденції у світовій науці. Сумарні результати дослідження наведені у таблиці.

Таблиця

Загальні результати фармакологічного скринінгу

Прескринінг протиракової активності сполук (програма DTP, Національний Інститут Раку США (NCI), dr. V.L. Narayanan) проводився на 3 лініях ракових клітин: MCF7 (рак молочної залози), NCI-H460 (рак легень), SF-268 (рак ЦНС) у концентрації 10-4 М. Згідно з критеріями NCI до другого етапу досліджень відібрані сполуки 2.2, 2.7, 2.21-2.23, 2.136, 3.23, на фоні яких мітотична активність хоча б для однієї лінії ракових клітин не перевищує 33%. З 2006 року змінилась методологія прескринінгу, тому ряд сполук тестувались у концентрації 10-5 М на 60 лініях різних видів раку, причому для поглибленого in vitro скринінгу відібрано сполуки 2.150, 2.153 та 4.11. Для деяких сполук поглиблене дослідження протипухлинної активності проводилося без попереднього відбору.

Поглиблене дослідження in vitro полягало у тестуванні сполук у п'яти концентраціях при 10-кратному розведенні на 60 лініях людських ракових клітин, в тому числі лейкемії (6 ліній), недрібноклітинного раку легень (9 ліній), епітеліального раку (7 ліній), раку ЦНС (6 ліній), меланоми (7 ліній), раку яйників (6 ліній), нирок (8 ліній), простати (2 лінії) та молочної залози (7 ліній). Аналіз результатів протипухлинної активності дозволив виділити «сполуки-лідери» 2.22, 2.149, 2.150, 2.153, 4.3 та 4.11, для яких середнє значення lgGI50<-4,80 (рис. 3), та встановити виразну селективність дії деяких речовин. Так, похідні 2.2, 2.10, 2.12, 2.21, 2.24, 2.32, 2.110, 4.3, 4.11 проявляють високу активність до клітинних ліній лейкемії, сполуки 2.150, 2.153, 3.23 - до меланоми, а 2.22 - раку молочної залози. Аналіз селективності дії до індивідуальних ліній пухлинних клітин дозволив відзначити високу чутливість клітинних ліній CCRF-CEM (лейкемія) до сполук 2.10 (lgGI50=-6,11) та 2.110 (lgGI50=-6,40), SR (лейкемія) - 2.32 (lgGI50=-7,37), NCI/ADR-RES (рак молочної залози) - 2.22 (lgGI50<-8,00), UACC-257 (меланома) - 2.153 (lgGI50=-6,65).

Докінгові дослідження (програмні пакети Glide та Fred) проведені до PPARг-рецептора (коди 1FM6 та 1NYX), білкового комплексу Bcl-XL-BH3 (1BXL) та тубуліну (1SA1), дозволили одержати ряд значень скорингових функцій, які оцінюють якість та енергію зв'язування лігандів з молекулою біомішені. QSAR-аналіз параметру протипухлинної активності lgGI50 (мультиваріативний регресійний аналіз методом часткових найменших квадратів, алгоритм «simulated annealing» для відбору змінних) з використанням значень скорингових функцій та 8 молекулярних дескрипторів (Mr, LogP, TPSA, HOMO та LUMO, , qmin, та qmax) для навчальної вибірки з сполук 2.21-2.23, 2.35-2.42 дозволив одержати достовірні QSAR моделі 1-4.

lgGI50 (Breast Cancer / T-47D) = 34,787*LUMO + 0,002*ZB(tubuline) (1)

(N=11, r2=0,91, S=0,13, F=43, q2=0,82)

lgGI50 (Breast Cancer / T-47D) = 35,259*LUMO - 0,015*PLP(1BLX) - 0,029*CS(1BLX) (2)

(N=11, r2=0,93, S=0,11, F=33, q2=0,88)

lgGI50 (Colon Cancer / HCT-116) = 0,611* -2,294*qmin + 0,046*CS(1FM6) (3)

(N=10, r2=0,93, S=0,07, F=32, q2=0,81)

lgGI50 (CNS Cancer / SNB-19) = -0,388*LogP - 5,008*qmin - 0,035*PLP(1BLX) (4)

(N=11, r2=0,91, S=0,09, F=24, q2=0,81)

Одержані моделі вказують на найвищу кореляцію lgGI50 ліній раку молочної залози, простати та ЦНС з енергією найнижчої незайнятої молекулярної орбіталі (LUMO) та значеннями скорингових функцій докінгу до молекул тубуліну та білкового комплексу Bcl-XL-ВН3, які можна використовувати як основні потенційні мішені для дизайну сполук з протипухлинною активністю та віртуального скринінгу похідних тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів.

Експериментальне дослідження ліпофільності 3,7-дитіа-5-азатетрацикло-[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 2.21-2.23, 2.35-2.42 методом зворотньофазової тонкошарової хроматографії (пластини Merck RP-18F254S, рухома фаза - водно-ацетонові суміші) дозволило встановити ряд експериментальних показників ліпофільності Rm0 та показати, що найдостовірніше ліпофільність прогнозують програми ACD Labs та ChemOffice, про що свідчать моделі залежностей між експериментальною ліпофільністю Rm0 та розрахованими значеннями LogP цими програмами (r=0,901-0.934; q2= 0,691-0,721).

Вивчення антиоксидантної активності (АОА) проводили в модельній системі in vitro при неферментативному Fe2+-індукованому перекисному окисленні ліпідів (ПОЛ) на субстраті яєчних ліпопротеїдів у порівнянні з б-токоферолу ацетатом за стандартною методикою (проф. В.Д. Лук'янчук, ЛугДМУ). У результаті експерименту встановлено, що найбільш виразну АОА реалізують сполуки 2.98, 2.122, 2.102 і 2.111, які вже до 15-ої хвилини досліду зменшують рівень ТБК-реактантів на 81,58%, 48,79%, 39,83% та 26,29% відповідно, у порівнянні з контролем, причому 9-(3-етокси-4-оксифеніл)-14-(4-фторфеніл)-3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадецен-4(8)-тріон 2.98 протягом усього періоду дослідження має найвищу здатність протидіяти розвитку ПОЛ.

Дослідження протигіпоксичної активності поліциклічних тіопіранотіазолів in vivo проведено на 104 білих безпородних щурах обох статей з використанням моделі гострої гіпоксичної гіпоксії на фоні гіпертермії (проф. В.Д. Лук'янчук, ЛугДМУ). У результаті експерименту встановлено, що 10 сполук з 15 проявляють протигіпоксичну активність з термопротекторними властивостями, а максимальний протекторний ефект характерний для сполуки 2.98, про виразну протигіпоксичну активність якої свідчить здатність збільшувати виживання тварин в умовах досліджуваного патологічного стану на 83,3% в порівнянні з контролем (пентоксифілін).

Враховуючи перспективні фармакологічні характеристики потенційного антиоксидантна та антигіпоксанта 2.98, опрацьовано режим його дозування методом двофакторного експерименту на моделі гіпоксії in vivo. Методом математичного моделювання з наступним аналізом одержаних систем залежностей виживання тварин від дози встановлено, що оптимальна доза 2.98 становить 166,42 мг/кг, при часі введення 49,93 хв до початку дії подразнюючих факторів.

На основі встановленого високого антиоксидантного потенціалу 9-(4'-флуорофеніл)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-ону-6 2.23 проведено вивчення гастропротекторного ефекту сполуки на моделі імобілізаційного стресу. На основі аналізу стану системи ПОЛ-АОЗ та морфологічних змін слизової оболонки шлунка дослідних тварин встановлено здатність сполуки 2.23 запобігати розвитку оксидаційного стресу та забезпечувати гастропротекторну дію.

У результаті дослідження протитуберкульозної активності, проведеної на штамі Mycobacterium tuberculosis H37Rv (АТСС 27294) в Національному інституті алергійних та інфекційних хворіб (Бетезда, США) за програмою TAACF, виділено 6 сполук-лідерів (2.27, 2.118, 2.145, 2.147, 2.151, 2.152) з виразною протитуберкульозною активністю (MIC90<6,25 мкг/мл). Слід відзначити високу групову активність 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріонів 2.145, 2.147, 2.151, 2.152 (MIC90=0,677ч2,654 мкг/мл), проте певним обмеженням для їх поглибленого вивчення може стати висока цитотоксичність на VERO клітинах ссавців (IC50=0,440ч1,575 мкг/мл).

Протисудомна активність in vivo (Національний інститут неврологічних порушень, Бетезда, США) вивчалась на основі максимального електрошокового тесту (MES-тест), коразолового судомного тесту та моделі гострої токсичності за рахунок мінімального рухового погіршення. Імідопохідні 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти 2.44, 2.48 та 2.53 виявили протекторний ефект в дозі 100 мг/кг в MES-тесті на мишах, а 2.56 - у MES- та коразоловому тестах.

Скринінг противірусної активності, проведений в Національному інституті алергічних та інфекційних хворіб (Бетезда, США) програмою AACF, не виділив активних сполук проти вірусу SARS та вірусів групи «біологічної зброї». Проте 2-оксо-7-(4-метоксифеніл)-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-6-карбальдегід 2.2 виявив суттєву активність до групи герпес-вірусів з високими значеннями індексу селективності (SI = CC50/EC50) - 3279, 34 та 31 для вірусів EBV (вірус Эпштейна-Барра), VZV (вірус варіцелла-зостер) та HSV-1 відповідно, що важливо для подальшого розвитку противірусної тематики конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів.

ВИСНОВКИ

1. Показано, що взаємодія акролеїну, диметилацетилендикарбоксилату, N-карбоксиметилмалеїніміду, ароїлакрилових кислот, 2-норборнену, імідів 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохінону в реакції гетеро-Дільса-Альдера з 5-(R-метиліден)ізороданінами селективно призводить до утворення функціонально заміщених тіопірано[2,3-d]тіазолів, що дозволило одержати 199 конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів, встановити їх будову, вивчити фізико-хімічні параметри та біологічну активність. Комплексними дослідженнями кореляції «структура-активність» виділено 34 високоактивні сполуки з протираковою (11), протитуберкульозною (6), антиоксидантною (8), протигіпоксичною (2), протисудомною (4), гастропротекторною (1) та противірусною (1) активностями для поглибленого вивчення. Пріоритет дослідження підтверджено 3 патентами України на корисну модель.

2. Вперше встановлено, що взаємодія 5-(R-метиліден)-4-тіоксо-2-тіазолідонів з ароїлакриловими кислотами селективно проходить з утворенням виключно 6-ароїл-2-оксо-7-арил(гетерил)-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-5-карбонових кислот, що дозволяє реалізувати ряд синтетичних схем в ряду б,в-ненасичених тіокарбонільних сполук.

3. Показано, що [4+2]-аддукти реакції 5-(R-метиліден)ізороданінів з 1,4-нафтохіноном зазнають спонтанного оксидування, що дозволило одержати неописані в хімічній літературі 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріони, які містять у своїй структурі біофорні фрагменти протиракових лікарських засобів - адріаміцину, даунорубіцину, мітоксантрону та мітоміцину С.

4. Вперше встановлено, що 5-алкіліден-4-тіоксо-2-тіазолідони є активними гетеродієнами у реакції гетеро-Дільса-Альдера, що дозволило при їх взаємодії з N-заміщеними малеїнімідами, ароїлакриловими кислотами, 2-норборненом, імідами 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохіноном одержати серії нових тіопірано[2,3-d]тіазолів.

5. Показано, що взаємодія 5-етоксиметиліденізороданіну з ацетилендикарбоновою кислотою та її метиловим естром, ароїлакриловими кислотами та 1,4-нафтохіноном проходить із спонтанними перетвореннями аддукту [4+2]-циклоприєднання, які включають не тільки встановлену раніше елімінацію молекули етанолу, а й декарбоксилювання та перегрупування подвійних зв'язків в залежності від природи дієнофілу.

6. Обґрунтовано, що взаємодія 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном є новим варіантом «доміно»-реакції (гетеродієновий синтез / утворення напівацеталю), що дозволило вперше одержати 6-гідрокси-3,5a,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-2-они.

7. Показано, що при взаємодії з амінопохідними в жорстких умовах 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтові кислоти зазнають рециклізації, що дозволило реалізувати синтетичний підхід до одержання 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів.

8. Вперше ідентифіковано значний протираковий потенціал поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів, які проявляють високий протимітотичний ефект на 60 лініях ракових клітин людини з відносною специфічністю дії на лейкемію, меланому та рак молочної залози, що дозволило запропонувати 11 «структур-лідерів» для поглиблених фармакологічних досліджень. На основі комп'ютерного COMPARE аналізу, поєднаного з докінговими дослідженнями та QSAR-аналізом, висунуто гіпотезу про тубулін та білковий комплекс Bcl-XL-ВН3 як біологічні молекулярні мішені протипухлинної активності поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів.

9. Для похідних тіопірано[2,3-d]тіазолу характерна висока антиоксидантна, протигіпоксична та противірусна активності, які спостерігаються вперше і можуть розглядатись як нові напрямки дослідження фармакологічного потенціалу зазначеного класу гетероциклічних систем.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Anticancer thiopyrano[2,3-d]thiazol-2-ones with norbornane moiety. Synthesis, cytotoxicity, physico-chemical properties, and computational studies / Roman Lesyk, Borys Zimenkovsky, Dmytro Atamanyuk, Frank Jensen, Katarzhyna Kiec-Kononowicz, Andrzej Gzella // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 2006. - №14. - P.5230-5240. Особистий внесок автора: експериментальна частина робота, проведення докінгових та QSAR досліджень, узагальнення результатів.

2. Синтез нових конденсованих гетероциклів з норборнановим фрагментом на основі 4-тіоксо-2-тіазолідону як потенційних біологічно активних сполук / Р.Б. Лесик, Д.В. Атаманюк, О.М. Роман, О.Д. Туркевич // Актуальні питання фармацевтичної та медичної науки та практики: Зб. наук. ст. - Вип. XIІ, т.1, - Запоріжжя, 2004. - С.39-42. Особистий внесок автора: експериментальна частина роботи.

3. Віртуальний скринінг як методологія наукомістких технологій пошуку нових лікарських засобів / Р.Б. Лесик, Б.П. Громовик, Д.В. Атаманюк, В.М. Ябчанка // Фармацевтичний журнал. - 2004. - №6. - С.66-75. Особистий внесок автора: опрацювання методології та тактики віртуального скринінгу.

4. Синтез та фармакологічне дослідження нових похідних тіопірано[2.3-d]тіазол-2-онів з антиоксидантною дією / Д.В. Атаманюк, В.Д. Лук'янчук, Р.Б. Лесик, С.Я. Рензяк // Актуальні питання фармацевтичної та медичної науки та практики: Зб. наук. ст. - Вип. XV, т.1. -Запоріжжя, 2006. - С.19-24. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, узагальнення фармакологічних даних.

5. Скринінгове дослідження поліконденсованих тіазолотіопіранів як потенційних антигіпоксантів з термопротекторними властивостями / В.Д. Лук'янчук, С.Я. Рензяк, Д.В. Атаманюк, Р.Б. Лесик // Ліки. - 2006. - №3-4. - С.56-62. Особистий внесок автора: синтез поліциклічних тіазолотіопіранів, обґрунтування кореляції «структура - активність».

6. 3,7-Дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.02,10.04,8.012,16]-гептадецен-4(8)-тріони-6,13,15 та їх антиоксидантна активність на модельних дослідах / Б.С. Зіменковський, В.Д. Лук'янчук, Д.В. Атаманюк, С.Я. Рензяк, Р.Б. Лесик // Фармацевтичний журнал. - 2007. - №3. - С.78-88. Особистий внесок автора: синтетична частина, інтерпретація спектрів, обґрунтування кореляції «структура - антиоксидантна активність».

7. Використання розрахункових методів для прогнозування ліпофільності 3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 / В.В. Огурцов, І.І. Олійник, Д.В. Атама-нюк, Р.Б. Лесик // Фармацевтичний журнал. - 2007. - №4. - С.57-63. Особистий внесок автора: експериментальне визначення ліпофільності методом зворотньофазової ТШХ.

8. Synthesis and anticonvulsant activity of a series N-substituted bicycle[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicaboximides / J. Obniska, R. Lesyk, D. Atamanyuk, K. Kaminski // Acta Poloniae Pharmaceutica - Drug Research. - 2005. - №3. - P.213-219. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, узагальнення фармакологічних даних.

9. Chemistry and pharmacology of 4-thiazolidone derivatives / R. Lesyk, B. Zimenkovsky, V. Lukyanchuk, D. Atamanyuk, O. Vovk, G. Kazmirchuk // Annals of Polish Chemical Society. -Vol.2, part 1. - 2003. - P.293-298. Особистий внесок автора: синтез тіопіранотіазолів.

10. Лесык Р.Б., Зименковский Б.С., Атаманюк Д.В. Синтез и биологическая активность тиопирано[2,3-d]тиазолов и их функциональных производных // Азотсодержащие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. - Москва: ICSPF PRESS, 2006. - Т1. - С.349-352. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, інтерпретація спектрів, узагальнення фармакологічних даних.

11. Anticancer potential of 4-azolidones and related heterocycles / R. Lesyk, B. Zimenkovsky, D. Kaminsky, S. Holota, D. Atamanyuk, D. Havrylyuk, I. Nektegaev, G. Kazmirchuk, I. Subtel'na, O. Roman, A. Kryshchyshyn, D. Khyluk // Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska. -Lublin, Polonia. - 2006. - Vol.XIX, N 1(19). - P.107-110. Особистий внесок автора: синтез тіопіранотіазолів, узагальнення їх фармакологічних властивостей.

12. Зіменковський Б.С., Лесик Р.Б., Атаманюк Д.В. 7-(4-Метоксифеніл)-2-оксо-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазолокарбальдегід, що виявляє протипухлинну активність // Деклараційний патент на корисну модель 20040907608. 15.06.2005. Бюл. №6. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

13. 9-(4'-Флуорофеніл)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-он-6, який виявляє гастропротекторну дію / Б.С. Зіменковський, М.Р. Гжегоцький, О.С. Заячківсь-ка, Д.В. Атаманюк, Р.Б. Лесик, Л.В. Паніна // Патент на корисну модель №17828. 200604181. 16.10.2006. Бюл. №10. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи.

14. 9-(3-Етокси-4-гідроксифеніл)-14-(4-фторфеніл)-3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло [9.5.1.02,10.04,8.012,16]гептадец-4(8)-ен-6,13,15-тріон, який виявляє протигіпоксичну активність з термопротекторними властивостями / Д.В. Атаманюк, С.Я. Рензяк, Б.С. Зіменковський, Р.Б. Лесик, В.Д. Лук'янчук, О.І. Вовк // Патент на корисну модель №17608. 200600327. 16.10.2006. Бюл. №10. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

15. Atamanyuk D.V. QSAR studies of thiazolidine derivatives with anticancer activity // Nucleic Acid Chemical Biology (NACB) Symposium. - Odense, Denmark, 2005. - P.35. Особистий внесок автора: проведення докінгових та QSAR досліджень.

16. Zimenkovsky B.S., Atamanyuk D.V., Lesyk R.B. Thiоpyrano[2,3-d][1,3]thiazol-2-ones: synthesis and SAR studies // International conference “Chemistry of nitrogen containing heterocycles. CNCH-2006”. Book of abstracts. - Kharkiv, 2006. - P.16. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

17. Atamanyuk D.V., Zimenkovsky B.S., Lesyk R.B. Heterodiene Diels-Alder reaction yielding thiazolothipyranes with carboxylic moiety as potential anticancer substances // International Conference on Organic Chemistry “Organic chemistry since Butlerov and Belstein until present”. -Saint-Petersburg, 2006. - P.459. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

18. 11-Арил-3,5.10,11-тетрагидро-2Н-бензо[6,7]тиохромено[2,3-d][1,3]тиазоло-2,5,10-трионы / Р.Б. Лесык, Б.С. Зименковский, Д.В. Атаманюк, Л.В. Шиловский // Азотсодержа-щие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. - Москва: ICSPF PRESS, 2006. -Т.2. -С.392. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

19. 2-(8,8-Диметил-2,5,7-триоксо-2,3,4а,5,6,7,7а,8-октагидропирроло[3',4':5,6]тиопирано-[2,3-d][1,3]тиазол-6-ил)-уксусная кислота / Р.Б. Лесык, Б.С. Зименковский, Д.В. Атаманюк, Д.В. Каминский // Азотсодержащие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. - Москва: ICSPF PRESS, 2006. -Т.2. -С.391. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

20. 3,7-Dithia-5,14-diazapentacyclo[9.5.1.02,10.04,8.012,16]heptadecene-4(8)-triones-6,13,15 and their antioxidant activity / Viktor Lukyanchuk, Dmytro Atamanyuk, Sergiy Renzyak, Zoryana Parashchuk, Roman Lesyk // XX Naukowy zjazd polskiego towarzystwa farmaceutycznego “Farmacja XXI wieku”. Streszczenia. - Katowice, 2007. - Tom II. - S.474-475. Особистий внесок автора: синтетичної частина, узагальнення фармакологічних даних.

21. Atamanyuk Dmytro, Lesyk Roman. Search of novel potential leads among thiopyrano[2,3-d]thiazol-2-one derivatives with pharmacological importance // Bridges in Life Sciences Annual Scientific Review. - Pecs, 2007. - Vol.1, №1. - P.43. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

АНОТАЦІЯ

Атаманюк Д.В. Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фармацевтичних наук за спеціальністю 15.00.02 - фармацевтична хімія та фармакогнозія. Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Міністерство охорони здоров'я України, Львів, 2008.

Дисертація присвячена пошуку нових потенційних біологічно активних сполук серед поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів з використанням методології органічного синтезу, традиційного та високоефективного фармакологічного скринігу, QSAR-аналізу, молекулярного докінгу та дослідження ліпофільності.

Вивчено особливості реакції гетеро-Дільса-Альдера 5-ариліден-, (цикло)алкіліден- та етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів як ефективних гетеродієнів та акролеїну, диметилацетилендикарбоксилату, N-карбоксиметилмалеїніміду, ароїлакрилових кислот, 2-норборнену, імідів 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохінону як дієнофілів. Запропоновано новий варіант «доміно»-реакції (гетеродієновий синтез / утворення напівацеталю) на основі взаємодії 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном. Здійснено хімічні перетворення біологічно активних 9,9-R1,R2-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 шляхом реакції N-алкілювання. Показано, що при взаємодії з амінопохідними в жорстких умовах 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано-[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтові кислоти зазнають рециклізації з утворенням 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів. Одержано аміди карбонових кислот 2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазольного ряду.

Структура синтезованих сполук підтверджена методами ЯМР-, мас, хромато-мас-спектроскопії та рентгеноструктурного аналізу.

Проведений фармакологічний скринінг синтезованих сполук на предмет протипухлинної, протитуберкульозної, антиоксидантної, протигіпоксичної, гастропротекторної, протисудомної та противірусної активностей. Встановлено певні закономірності зв'язку «структура - активність», які можуть бути використані для дизайну біологічно активних конденсованих тіазолідонів, та виділено групу високоактивних сполук із зазначеними видами фармакологічних ефектів для поглиблених досліджень.

Ключові слова: синтез, поліциклічні конденсовані тіазолідони, тіопірано[2,3-d]тіазоли, спектральні характеристики, фармакологічні дослідження, QSAR-аналіз, докінг, ліпофільність.

АННОТАЦИЯ

Атаманюк Д.В. Синтез, превращения и биологическая активность полициклических конденсированных систем на основе 4-тиазолидонов. -Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата фармацевтических наук по специальности 15.00.02 - фармацевтическая химия и фармакогнозия. Львовский национальный медицинский университет имени Данила Галицкого, Министерство здравоохранения Украины, Львов, 2008.

Диссертация посвящена поиску новых потенциальных биологически активных соединений среди полициклических конденсированных систем на основе 4-тиазолидонов с использованием методологии органического синтеза, традиционного и высокоэффективного фармакологического скрининга, QSAR-анализа, молекулярного докинга и исследования липофильности.

Изучены особенности реакции гетеро-Дильса-Альдера 5-арилиден-, (цикло)алкили-ден- и этоксиметилиден-4-тиоксо-2-тиазолидонов как эффективных гетеродиенов и акролеина, диметилацетилендикарбоксилата, N-карбоксиметилмалеинимида, ароилакри-ловых кислот, 2-норборнена, имидов 5-норборнен-2,3-дикарбоновой кислоты и 1,4-нафтохинона как диенофилов. Предложен новый вариант «домино»-реакции (гетеродиеновый синтез / образование полуацеталя) на основе взаимодействия 5-(2-оксифенилметилиден)-изороданинов с акролеином. Осуществлены химические превращения биологически активных 9,9-R1,R2-3,7-дитиа-5-азатетрацикло[9.2.1.02,10.04,8]тетрадецен-4(8)-онов-6 путем реакции N-алкилирования. Показано, что при взаємодействии с аминопроизводными в жестких условиях 2-(2,6-диоксо-3,5а,6,11b-тетрагидро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тиопирано-[2,3-d]тиазол-5а-ил)уксусные кислоты рециклизируют в 7'-(2-гидроксифенил)-3',7'-дигидро-2H,2'H,5H-спиро[пиролидин-3,6'-тиопирано[2,3-d]тиазол]-2,2',5-трионы. Получены амиды карбоновых кислот 2,6-диоксо-3,5а,6,11b-тетрагидро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тиопирано-[2,3-d]тиазольного ряда.

Структура синтезированных веществ подтверждена методами ЯМР-, масс-, хромато-масс-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Проведен фармакологический скрининг синтезированных веществ на предмет противоопухолевой, противотуберкулёзной, антиоксидантной, противогипоксической, гастропротекторной, противосудорожной и противовирусной активностей. Установлены некоторые закономерности связи «структура - активность», которые могут быть использованны для дизайна биологически активных конденсированных тиазолидонов. Выделена группа высокоактивных веществ с указанными фармакологическими эффектами для углубленных исследований.

Ключевые слова: синтез, полициклические конденсированные тиазолидоны, тиопирано[2,3-d]тиазолы, спектральные характеристики, фармакологические исследования, QSAR-анализ, докинг, липофильность.

SUMMARY

Atamanyuk D.V. Synthesis, transformation and biological activity of polycyclic fused systems based on 4-thiazolidones. -Manuscript.

The dissertation for candidate's degree in pharmaceutical sciences in the speciality 15.00.02 - pharmaceutical chemistry and pharmacognosy. Danylo Halytsky Lviv National Medical University, Ministry of Public Health of Ukraine, Lviv. 2008.

The dissertation is dedicated to search of new biologically active substances among polycyclic fused systems based on 4-thiazolidones using the methodology of organic synthesis, traditional and high-throughput pharmacological screening, QSAR-analysis, molecular docking and lipophilicity studies.

Interaction of acrolein, dimethyl acetylenedicarboxylate, N-carboxymethylmaleimide, aroylacrylic acids, 2-norbornene, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imides and 1,4-naphtoquinone in hetero-Diels-Alder reaction with 5-(R-methylidene)isorhodanines selectively yields functionally substituted thiopyrano[2,3-d]thiazoles. The latter allowed to obtain 199 fused derivatives based on 4-thiazolidones, elucidate their structure and study their physico-chemical parameters as well as biological activity.

Interpreting of heteronuclear NMR 1Н-13С correlations (methods HMQC and НМВС) allowed to establish, that interaction of 5-(R-methylidene)-4-thioxo-2-thiazolidones with aroylacrylic acids selectively yields 6-aroyl-2-oxo-7-aryl(hetaryl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazole-5-carboxylic acids.

Stereo-configuration of 9-aryl-3,7-dithia-5-azatetracyclo[9.2.1.02,10.04,8]tetradecen-4(8)-ones-6, obtained via interaction of 2-norbornene with 5-arylideneisorhodanines, have been elucidated by means of X-Ray analysis.

[4+2]-Adducts of 5-(R-methylidene)-4-thioxo-2-thiazolidones reaction with 1,4-naphtoquinone undergo spontaneous oxidation, which allowed to obtain new non-described in chemical literature 3,5,10,11-tetrahydro-2H-benzo[6,7]thiocromeno[2,3-d]thiazol-2,5,10-triones, which contained biophore fragments of anticancer drugs adriamycin, daunorubicin, mitoxantrone and mitomicin С.

It was identified that 5-alkylidene-4-thioxo-2-thiazolidones are active heterodienes in hetero-Diels-Alder reaction. This allowed following their interaction with N-substituted maleimides, aroylacrylic acids, 2-norbornene, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imides and 1,4-naphtoquinone. Series of novel thiopyrano[2,3-d]thiazoles with low molecular weight were obtained.

5-Ethoxymethylidene-4-thioxo-2-thiazolidones with acethylenedicarboxylic acid, its dimethyl ester, aroylacrylic acids and 1,4-naphtoquinone [4+2]-cycloaddition adducts undergo spontaneous transformations, which include not only ethanol elimination, but also decarboxylation and regrouping of conjugated double bonds system depending on type of dienophile.

New variant of “domino”-reaction was proposed based on interaction of 5-(2-oxyphenylmethylidene)isorhodanines with acrolein (heterodiene synthesis / half-acetal formation), which allowed to obtain 6-hydroxy-3,5a,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4',3':4,5]thiopyrano [2,3-d]thiazol-2-ones.

Chemical transformations of 9,9-R1,R2-3,7-dithia-5-azatetracyclo[9.2.1.0 2,10.04,8]tetradecen-4(8)-ones-6 was realized via N-alkylation by means of arylchloroacetamides and ethylchloroacetate with following hydrazinolysis and hydrazide transformations. 2-Oxo-7-(4-methoxyphenyl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazol-6-carbaldehyde was functionalized into thiosemicarbazido-derivatives using an aldehyde group.

2-(2,6-Dioxo-3,5а,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4',3':4,5]thiopyrano[2,3-d]thiazol-5а-yl)acetic acids with amino-derivatives in reflux in acetic acid undergo recyclization yielding 7'-(2-hydroxyphenyl)-3',7'-dihydro-2H,2'H,5H-spiro[pyrolidin-3,6'-thiopyrano[2,3-d]thiazol]-2,2',5-triones. Amides row of 2,6-dioxo-3,5а,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4',3':4,5]thiopyrano[2,3-d]thiazol-substituted carboxylic acids were obtained using soft acylation reagent DCC.

Complex screening and “structure-activity” correlation studies allowed identication of 34 highly-active compounds with anticancer (11), antimycobacterial (6), antioxidant (8), antihypoxic (2), anticonvulsant (4), gastroprotectant (1) and antiviral (1) activities for advanced studies. Conciderable anticancer potential of polycyclic thiopyrano[2,3-d]thiazoles was identified, which possess high antimitotic effect at 60 human tumor cell lines with relative specificity to leukemia, melanoma and breast cancer, which allowed to propose eleven «lead-compounds» for advanced pharmacological studies. Computer-based COMPARE analysis, combined with docking studies and QSAR-analysis allowed to propose hypothesis about tubulin and protein-protein complex Bcl-XL/ВН3, as biological molecular targets of anticancer activity for thiopyrano[2,3-d]thiazoles. Experimental lipophilicity was determined by reversed-phase thin-layer chromatography. Obtained Rm0 values correlated well with LogP predicted values by ACD Labs and ChemOffice software.

9-(3-Ethoxy-4-oxyphenyl)-14-(4-fluorophenyl)-3,7-dithia-5,14-diazapentacyclo-[9.5.1.02,10.04,8.012,16]heptadecen-4(8)-trione was identified as a compound having the highest level of antioxidant and antihypoxic activities.

Antimycobacterial screening showed the high activity of 3,5,10,11-tetrahydro-2H-benzo[6,7]thiochromeno[2,3-d]thiazol-2,5,10-triones (MIC90=0.677ч2.654 мg/ml), which however possess also certain cytotoxicity on VERO mammal cells and this limits their future development.

2-Oxo-7-(4-methoxyphenyl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazol-6-carbaldehyde was selected in antiviral activity screening showing considerable activity against herpes-viruses group (HSV-1, EBV, VZV) with high selectivity indexes.

Keywords: synthesis, polycyclic fused thiazolidones, thiopyrano[2,3-d]thiazoles, spectral data, pharmacological studies, QSAR-analysis, docking, lipophilicity.