Синтез и биологическая активность конъюгатов пурина с аминокислотами и гетероциклическими аминами : диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук : 02.00.03

Актуальность и степень разработанности темы исследования. Важнейшей задачей
органического синтеза является разработка методов получения новых соединений, обладающих
биологической активностью, – основы для создания оригинальных лекарственных препаратов.
Одним из путей решения этой задачи является химическая модификация аналогов природных
соединений, в частности, пурина.
Пурин (имидазо[4,5-d]пиримидин) и пуриновые основания играют важную роль в
метаболизме живых организмов, в том числе, бактерий и вирусов. Фрагменты пурина входят в
состав важнейших биомолекул: ДНК, РНК, АТФ, кофермента НАД, алкалоидов и др.
Нарушение синтеза нуклеиновых кислот или блокировка ключевых ферментов бактерий или
вирусов определяет терапевтический эффект производных пурина. В связи с этим, синтез и
исследование этих соединений представляет большой интерес с точки зрения создания на их
основе эффективных лекарственных средств.
В настоящее время для терапии опухолевых, вирусных и ряда других заболеваний широко
применяются производные пурина, в том числе аналоги нуклеозидов [1–3]. Наиболее
распространенным синтетическим подходом к модификации пуринового ядра является синтез
его N9-замещенных аналогов, при этом публикации, в которых описан синтез конъюгатов
пурина, содержащих фармакофорные группы в положении C6, встречаются значительно реже.
В связи с этим, перспективным направлением представляется синтез новых С6-замещенных
производных пурина и поиск в их ряду потенциальных терапевтических агентов.
Модификация пуринового цикла фрагментами гетероциклических аминов (в том числе
хиральных) представляет интерес, поскольку такие амины как хинолин, бензоксазин и, в
особенности, их фторированные аналоги, являются структурными фрагментами ряда
биологически активных соединений. С другой стороны, распространенным приемом,
применяющимся в медицинской химии для достижения оптимальных фармакокинетических и
фармакодинамических характеристик биологически активных веществ, является модификация
родоначальной структуры фрагментами аминокислот [4–8].
Синтез производных пурина, модифицированных фрагментами гетероциклических
аминов и/или остатками аминокислот и дипептидов, представляет интерес с точки зрения
потенциальной биологической активности этих соединений. Исключительно важной задачей
является получение целевых конъюгатов в энантиомерно чистом виде, поскольку известно, что
биологическая активность хиральных соединений существенно зависит от их
стереоконфигурации [9–11].
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, 67% мирового населения в
возрасте до 50 лет инфицированы вирусом простого герпеса первого типа (ВПГ-1), а 11%
мирового населения являются носителями вируса простого герпеса второго типа (ВПГ-2) [12].
Эффективными препаратами, используемыми для терапии заболеваний, вызванных ВПГ-1 и
ВПГ-2, являются ацикловир и его структурные аналоги (валацикловир и фамцикловир), однако
область их применения ограничена в связи с возникновением штаммов ВПГ, резистентных к их
действию [13]. Туберкулез является одной из распространенных причин человеческой
смертности. Каждый год в мире от туберкулеза умирает около полутора миллионов человек.
Терапия этого заболевания осложнена из-за появления новых штаммов микобактерий с
лекарственной устойчивостью к действию известных противотуберкулезных препаратов [14]. В
связи с этим, поиск новых терапевтических агентов, в том числе в ряду производных пурина,
отличающихся по механизму действия от препаратов, применяемых в современной
клинической практике, представляется важной задачей медицинской химии.
Цель работы: разработка эффективных методов синтеза новых конъюгатов пурина с
гетероциклическими аминами (в том числе хиральными), аминокислотами и короткими
пептидами; методов анализа их энантиомерной чистоты; изучение антигерпетической и
антимикобактериальной активности полученных соединений.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Разработка синтетических подходов к получению новых конъюгатов, в которых
фрагмент пурина связан с остатком гетероциклического амина напрямую или посредством
линкера.
2. Разработка новых эффективных методов синтеза ранее не описанных конъюгатов
пурина с аминокислотами (в том числе с диаминокислотами) и короткими пептидами.
3. Разработка методов анализа энантиомерного и диастереомерного состава
полученных соединений.
4. Изучение антигерпетической и антимикобактериальной активности полученных
конъюгатов, выявление высокоактивных соединений-лидеров.
5. Синтез структурных аналогов соединений-лидеров, тестирование их биологической
активности, изучение связи «структура–активность».
Научная новизна и теоретическая значимость работы
1. Разработаны методы синтеза новых конъюгатов пурина с различными
гетероциклическими аминами (в том числе хиральными), содержащих в качестве линкера
фрагмент 6-аминогексановой кислоты. На основе других -аминокислот синтезированы
структурные аналоги 3,4-дигидро-3-метил-4-[6-(пурин-6-иламино)гексаноил]-7,8-дифтор-2Н-
[1,4]бензоксазина, отличающиеся длиной полиметиленового мостика. Впервые обнаружена
способность 4-(3-аминопропаноил)-3,4-дигидро-3-метил-7,8-дифтор-2H-[1,4]бензоксазина к
взаимодействию с другими аминами через стадию превращения в соответствующий акрилат.
2. Синтезированы новые конъюгаты пурина и 2-аминопурина, в которых пуриновый
фрагмент непосредственно связан с остатком гетероциклического амина; найдены оптимальные
условия синтеза конъюгатов пурина и 2-аминопурина.
3. Разработаны методы синтеза новых N-(пурин-6-ил)дипептидов. Показано, что
соединения со сложноэфирной группой существуют в растворе в виде двух таутомерных форм,
а соединения со свободной карбоксильной группой представляют собой единственный
таутомер. Синтезированы структурные аналоги N-(пурин-6-ил)глицил-(S)-глутаминовой
кислоты, в которых фрагмент глицина заменен остатками различных - и -аминокислот.
4. Впервые установлено, что активация N-(пурин-6-ил)--аминокислот N,N’-
дициклогексилкарбодиимидом приводит к рацемизации хирального центра. На примере
производного N-(пурин-6-ил)-(S)-аланина показана возможность синтеза целевых N-(пурин-6-
ил)дипептидов в диастереомерно чистом виде.
5. С применением стратегии введения–удаления защитных групп синтезированы новые
конъюгаты пурина с диаминокислотами.
6. Впервые определены условия анализа энантиомерного и диастереомерного состава
полученных соединений методом ВЭЖХ на хиральной неподвижной фазе.
7. Исследована антигерпетическая и антимикобактериальная активность полученных
соединений, выявлена связь «структура–активность». Впервые установлена зависимость
биологической активности конъюгатов пурина с 3,4-дигидро-3-метил-7,8-дифтор-2H-
[1,4]бензоксазином и с (S)-глутаминовой кислотой от строения линкерного фрагмента.
Практическая значимость работы. Разработаны оригинальные методы синтеза
конъюгатов пурина с аминокислотами, пептидами и гетероциклическими аминами. Среди
полученных соединений выявлены конъюгаты пурина с 3,4-дигидро-3-метил-7,8-дифтор-2H-
[1,4]бензоксазином, проявляющие высокую активность в отношении штаммов вируса простого
герпеса, в том числе в отношении ацикловир-резистентного штамма. Выявлены N-(пурин-6-
ил)дипептиды, содержащие фрагменты (S)-фенилаланина и (S)-глутаминовой кислоты и
обладающие высокой активностью в отношении штаммов микобактерий, в том числе в
отношении штамма с множественной лекарственной устойчивостью. Высокая активность
изученных соединений наряду с низкой токсичностью позволяет рассматривать их в качестве
основы для создания эффективных лекарственных средств.
Методология и методы исследования. В работе был использован комплекс современных
методов тонкого органического синтеза и анализа энантиомерного и диастереомерного состава
хиральных соединений. Строение и чистота полученных соединений доказаны с применением
современных физико-химических методов исследования (1H, 19F, 13C ЯМР спектроскопия, масс-
спектрометрия высокого разрешения, элементный анализ, рентгеноструктурный анализ,
поляриметрия, ВЭЖХ). Изучение биологической активности проводилось в Институте
вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России
(г. Москва) и в Уральском научно-исследовательском институте фтизиопульмонологии (г.
Екатеринбург) в соответствии с общепринятыми методами.
Степень достоверности результатов. В работе были применены современные методы
синтеза и анализа органических соединений. Подтверждение строения, анализ чистоты и
энантиомерного состава полученных соединений осуществлялись на сертифицированных и
поверенных приборах Центра коллективного пользования «Структура и анализ органических
соединений» (ЦКП САОС).
Положения, выносимые на защиту:
1. Метод синтеза ахиральных, рацемических или энантиомерно чистых пурин-6-ил-
конъюгатов с различными гетероциклическими аминами, содержащих в качестве линкера
остатки различных -аминокислот.
2. Результаты исследования реакционной способности 4-(3-аминопропаноил)-3,4-
дигидро-3-метил-7,8-дифтор-2H-[1,4]бензоксазина.
3. Подход к получению ахиральных, рацемических или энантиомерно чистых
конъюгатов, в которых фрагмент пурина замещен по положению С6 остатком
гетероциклического амина.
4. Метод синтеза энантиомерно чистых N-(пурин-6-ил)глицил-дипептидов и
конъюгатов N-(пурин-6-ил)--аминокислот с (S)-глутаминовой кислотой; результаты
исследования процесса таутомерии в пуриновом ядре.
5. Подход к получению конъюгатов N-(пурин-6-ил)--аминокислот с (S)-глутаминовой
кислотой, результаты исследования процесса рацемизации, протекающего в ходе синтеза.
6. Применение стратегии введения–удаления защитных групп для синтеза
энантиомерно чистых конъюгатов пурина и N-(пурин-6-ил)глицина с диаминокислотами.
7. Методы анализа энантиомерного состава полученных соединений.
8. Результаты изучения антигерпетической и антимикобактериальной активности
полученных соединений.
Личный вклад соискателя состоял в сборе, систематизации и анализе литературных
данных, постановке практических задач, планировании и проведении синтетических работ,
обобщении результатов биологических исследований. Автор принимал участие в обработке и
обсуждении полученных результатов, подготовке публикаций, представлении результатов на
научных конференциях
Апробация результатов. Материалы работы представлены на шести всероссийских и
международных конференциях: «MedChem 2015» (Новосибирск, 5–10 июля 2015), «ОргХим-
2016» (Санкт-Петербург, 27 июня – 1 июля 2016), «Фундаментальные химические исследования
XXI-го века» (Москва, 20–24 ноября 2016), «MedChem Russia 2017» (Казань, 28 сентября – 3
октября 2017), «Енамины в органическом синтезе» (Пермь, 23–26 октября 2017), «V
Всероссийская с международным участием конференция по органической химии»
(Владикавказ, 10–14 сентября 2018).
Публикации. Содержание работы изложено в 15 публикациях, в том числе в 5 научных
статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, в 3 патентах, а также в 7
тезисах международных и всероссийских конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах, состоит из
экспериментальная часть (глава 3), и заключения. Диссертация содержит 73 схемы, 11 таблиц,
27 рисунков. Библиографический список цитируемой литературы состоит из 196 наименований.
Благодарность. Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность коллективу ИОС
УрО РАН, в частности, сотрудникам лаборатории асимметрического синтеза: научному
руководителю, заб. лаб., д.х.н., проф. В.П. Краснову и в.н.с. д.х.н. Г.Л. Левит за неоценимую
помощь в проведении исследований и подготовке работы, н.с. к.х.н. А.А. Тумашову, н.с. Л.Ш.
Садретдиновой и н.с. к.х.н. Е.Н. Чулакову за проведение ВЭЖХ, н.с. к.х.н. Д.А. Груздеву, н.с.
Т.В. Матвеевой, м.н.с. О.А. Воздвиженской за помощь в проведении синтетических работ, н.с.
к.х.н. М.А. Королевой за выполнение квантово-химических расчетов; сотрудникам лаборатории
спектральных методов исследования (зав. лаб. к.х.н. М.И. Кодесс), группе элементного анализа
(рук. к.х.н. Л.Н. Баженова), к.х.н. И.Н. Ганебных за проведение масс-спектрометрии, к.х.н. П.А.
Слепухину за проведение рентгеноструктурного анализа. Автор также благодарит д.б.н., проф.
Г.А. Галегова, к.б.н. В.Л. Андронову (Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского) и к.б.н. М.А.
Кравченко (Уральский НИИ фтизиопульмонологии) за проведение биологических исследований
in vitro. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 14-13-01077).
ГЛАВА 1 СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПРОИЗВОДНЫХ ПУРИНА, СОДЕРЖАЩИХ
ФРАГМЕНТЫ АМИНОКИСЛОТ (