Синтез, изучение физико-химических свойств и биологической активности солей ариламидов n-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты

На правах рукописи

КАЛИНИН ДМИТРИЙ ВАДИМОВИЧ

СИНТЕЗ, ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СОЛЕЙ АРИЛАМИДОВ

N-АЛКИЛПИРРОЛИДИН-2-КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ

14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

Пермь – 2013

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Научный руководитель:	доктор фармацевтических наук, заслуженный работник высшей школы РФ, профессор ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства  здравоохранения Российской Федерации
Научный консультант: Сыропятов Борис Яковлевич	доктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Официальные оппоненты: Коркодинова Любовь Михайловна Глушков Владимир Александрович	доктор фармацевтических наук, профессор, заведующая кафедрой фармацевтической химии очного факультета ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации доктор химических наук, доцент, ст.н.с., Институт технической химии УрО РАН

Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский 

университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Защита состоится «11» июня 2013 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Полевая, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздрава России по адресу: 614070, г. Пермь, ул. Крупской, 46.

Дата размещения объявления о защите диссертации на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации http://www.mon.gov.ru «___» апреля 2013 г. и на сайте ГБОУ ВПО ПГФА Минздрава России http://pfa.ru «___» апреля 2013 г.

Автореферат разослан «___» ____________ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат фармацевтических наук, ст. преп.

Н.В. Слепова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших задач современной фармацевтической химии является синтез фармакологически активных соединений и изучение зависимости между структурой, физико-химическими свойствами веществ и их биологической активностью. Установление этих закономерностей дает возможность целенаправленного синтеза и отбора наиболее перспективных фармакологически активных соединений.

Производные ариламидов азациклоалканкарбоновых кислот и пирролидин-2-карбоновой кислоты, в частности, являясь блокаторами потенциал-зависимых натриевых каналов, нашли широкое применение в медицинской практике в качестве местноанестезирующих средств (бупивакаин, ропивакаин, пиромекаин), в основном, при проводниковой, инфильтрационной и спинномозговой анестезии. Используемые отечественной практикой (офтальмология, стоматология, гинекология, урология) местные анестетики для поверхностной анестезии (лидокаин, дикаин, бупивакаин) обладают рядом недостатков, например, низкой активностью при поверхностной анестезии, высокой токсичностью, вызывают аллергические реакции. В настоящее время в России не производятся препараты с выраженной поверхностноанестезирующей активностью. Кроме того, даже при небольших хирургических операциях, удалении зубов, аппендэктомии, удалении миндалин наряду с обезболиванием нередко возникает необходимость остановки кровотечений.

Поэтому поиск новых соединений среди производных ариламидов азациклоалканкарбоновых кислот, проявляющих высокую местноанестезирующую и гемостатическую активности одновременно, а также низкую токсичность, является актуальным.

Из источников литературы также известно, что производные ариламидов азациклоалканкарбоновых кислот являются перспективным классом органических соединений для поиска веществ с разнообразной фармакологической активностью. Среди них обнаружены соединения с антиаритмическими, противовирусными и гипогликемическими свойствами.

Тем не менее, следует отметить, что ариламиды пирролидин-2-карбоновой кислоты исследованы недостаточно с точки зрения широкого биологического скрининга. Ввиду наличия у этого класса соединений активности в отношении потенциал-зависимых ионных каналов, перспективен поиск новых местноанестезирующих, антиаритмических, антигельминтных и инсектицидных средств среди этих производных.

Цель работы – синтез солей ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты, установление их структуры, исследование биологической активности и выявление зависимости активности от структуры соединений.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. осуществить синтез ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты с различными заместителями в бензольном кольце и при атоме азота;
2. провести синтез солей ариламидов N-н-пропил- и N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты с некоторыми кислотами;
3. доказать структуру синтезированных соединений спектральными методами анализа;
4. провести скрининг биологической активности синтезированных веществ;
5. исследовать возможную зависимость структура-активность;
6. на основе полученных данных о биологической активности синтезированных соединений провести отбор перспективных веществ для углубленных фармакологических исследований.

Научная новизна работы:

1. синтезировано 64 соединения, в том числе 53 вещества, неописанные ранее в литературе;
2. изучены физико-химические свойства, а также спектральные особенности структуры синтезированных соединений;
3. исследованы местноанестезирующая, антиаритмическая, антигельминтная и инсектицидная активности, а также влияние соединений на гемостаз и определена острая токсичность большинства синтезированных веществ;
4. выявлены некоторые закономерности связи активности соединений с их строением, а также установлена зависимость фармакологической активности соединений от некоторых физико-химических констант.

Практическая значимость. Осуществлен синтез 64 солей ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты. Среди полученных соединений проведен скрининг местноанестезирующей, антиаритмической, антигельминтной, инсектицидной активностей, влияния веществ на гемостаз. С целью дальнейшего возможного внедрения в медицинскую практику для углубленных фармакологических исследований предложены 2,6-диметиланилид N-циклогексилпирролидин-2-карбоновой кислоты гидрохлорид в качестве средства для поверхностной, инфильтрационной и проводниковой анестезии, 2-этоксианилид N-н-пропилпирролидин-2-карбоновой кислоты гидрохлорид и 2-броманилид N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты гидрохлорид, обладающие антиаритмическими свойствами; 4-метиланилид N-н-пропилпирролидин-2-карбоновой кислоты борат в качестве антигельминтного средства и 2,4-диметиланилид N-н-пропилпирролидин-2-карбоновой кислоты гидрохлорид, проявляющий инсектицидную активность. Выявлены закономерности проявления биологической активности соединений в зависимости от их структуры, на основе которых предложены рекомендации по синтезу биологически активных веществ. Получен 1 патент Российской Федерации на изобретение.

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации (№ государственной регистрации 01.9.50 007426).

Личное участие автора. Автор непосредственно участвовал в проведении научных экспериментов (проведение синтеза и изучение биологической активности новых соединений), обработке и интерпретации экспериментальных данных, апробации результатов исследования, подготовке публикаций и патентов на изобретение по выполненной работе.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные положения диссертации соответствуют формуле специальности 14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия. Результаты проведенного исследования соответствуют области исследования специальности, конкретно пунктам 2 и 3 паспорта фармацевтическая химия, фармакогнозия.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конгрессах, конференциях различного уровня, в том числе итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава Пермской государственной фармацевтической академии (Пермь, 2008-2012), конференции «Фармация и общественное здоровье» в честь 110-летия организации Екатеринбургского общества по торговле аптечными товарами «РОТАТ» (Екатеринбург, 2008), межвузовской конференции студентов и молодых ученых «Фармация в XXI веке: эстафета поколений», посвященной 90-летию СПХФА (Санкт-Петербург, 2009), 68-ой открытой научно-практической конференции молодых ученых и студентов с международным участием, посвященной 75-летию ВолГМУ, «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Волгоград, 2010), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» (Уфа, 2010), LXX всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 80-летию Пермской ГСХА «Молодежная наука 2010: технологии, инновации» (Пермь, 2010), научной конференции «Curtin Health Innovation Research Institute (CHIRI) conference» (Австралия, Перт, 2012), научной конференции «The second International Conference and Exhibition, PharmaTech 2012 on Pharmaceutical, Nutraceutical and Cosmeceutical Technology» (Малайзия, Куала-Лумпур, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи в журналах списка ВАК, 11 тезисов докладов на конференциях различного уровня, получен 1 патент Российской Федерации на изобретение.

Объем и структура диссертации. Содержание работы изложено на 178 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, глав, посвященных синтезу, установлению структуры соединений и исследованию их биологической активности, методических глав: экспериментальной химической части и методов исследования биологической активности, заключения, выводов, рекомендаций и списка литературы. Диссертация содержит 30 схем, 26 таблиц, 36 рисунков. Список литературы включает 132 работы, в том числе 51 на русском языке и 81 зарубежных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Синтез, структуры и физико-химические свойства солей ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты.
2. Исследования биологической активности солей ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты (местноанестезирующая, антиаритмическая, антигельминтная, инсектицидная и гемостатическая).
3. Анализ корреляционной зависимости продолжительности местноанестезирующей активности и липофильных констант заместителей при пирролидиновом атоме азота у синтезированных соединений.
4. Исследование влияния природы заместителей ароматического кольца синтезированных веществ на распределение электронной плотности в молекуле и их местноанестезирующую активность.
5. Характеристика соединений с выраженной местноанестезирующей, антиаритмической, антигельминтной и инсектицидной активностью, перспективных для внедрения в медицинскую практику.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Фармакологическая активность соединений в ряду амидов аминокарбоновых и азациклоалканкарбоновых кислот, методы их получения (обзор литературы)

В главе представлен анализ данных литературы по биологической активности амидов аминокарбоновых и азациклоалканкарбоновых кислот. Обсуждаются способы синтеза производных амидов аминокарбоновых и азациклоалканкарбоновых кислот.

Глава 2. Синтез производных ариламидов

N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты

С целью поиска новых фармакологически активных соединений, а также изучения зависимости биологической активности веществ от физико-химических свойств, был осуществлен синтез солей ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты с различными заместителями в ароматическом кольце и при гетероатоме азота.

Синтез гидрохлоридов ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты

Синтез ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты был осуществлен по известной методике с некоторыми изменениями по следующей схеме:

R = 2,4-(CH3)2 (Ia, IIc, IIIa, IVf, IVg, IVh, IVi, IVs), 2,6-(CH3)2 (IIb, IIIb, IVo, IVq, IVr), 2-CF3 (Ib, IIg), 2-F (Ic, IIe, IIIg, IVl), 2-Cl (IIf, IIIc), 2-Br (Id, IIh), 2-I (IIi), 2,4-(Br)2 (IIk), 2,4-(Cl)2 (IIl), 2,6-(Cl)2 (IVp), 2-CH3 (Ie, IIa, IIId, IVa, IVb, IVc, IVd, IVe), 2,6-(CH3)2 (If), 2-С2H5 (Ig, IIj, IIIe, IVm, IVn), 2-OCH3 (Ih, IIIh), 2-OC2H5 (Ii, IId), 2,4,6-(CH3)3 (Ij, IIIf, IVj, IVk), 4-CF3 (Ik), H (Il);

R1 = CH3 (IVb, IVf, IVk, IVm, IVp, IVr), С2H5 (IVc, IVg, IVj), н-С3H7 (Ia-l), н-С4H9 (IIa-l), трет-C4H9 (IVs), н-С5H11 (IVd, IVh, IVl, IVn, IVq), н-С6H13 (IVe, IVi, IVo), (IIIa-h), Ph-CH2- (IVa)

Схема 1. Синтез гидрохлоридов ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты

5-Хлорпентановую кислоту (1) при действии брома в присутствии каталитических количеств треххлористого фосфора переводили в 2-бром-5-хлорпентановую кислоту (2), которую без выделения при действии хлористого тионила переводили в хлорангидрид (3). Ариламиды 2-бром-5-хлорпентановой кислоты (4) получали из 3 и ароматических аминов при их взаимодействии в растворе хлороформа при температуре 0-10°С. После перекристаллизации из гексана 4 кипятили в течение 25 ч с соответствующим алкиламином в растворе толуола в присутствии каталитических количеств йодистого калия и получали основания ариламидов N-алкилпирролидин-2-карбоновой кислоты (5). Производные N-метилпирролидин-2-карбоновой кислоты (IVb, IVf, IVk, IVm, IVp, IVr) и N-этилпирролидин-2-карбоновой кислоты (IVc, IVg, IVj) были получены путем пропускания через толуольный раствор 4 при постоянном перемешивании газообразных метиламина и этиламина, соответственно. Синтезированные основания 5 при действии хлористого водорода в эфире переводили в гидрохлориды (Ia-l, IIa-l, IIIa-h, IVa-s).

В ИК – спектрах гидрохлоридов ариламидов N-н-пропилпирролидин-2-карбоновой кислоты присутствуют полосы деформационных колебаний ароматических C-H в области 700-800 см-1, полосы валентных колебаний амидной карбонильной группы при 1690-1696 см-1, NH связи амидной группы при 3120-3150 см-1.

В масс-спектре 2-фторанилида N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты гидрохлорида (IIe) присутствуют пики фрагментных ионов с m/z 138 [FС6Н4NHC=O]+, 126 [], 124 [], 110 [FС6Н3NH]+, 95 [PhF]+, 84 [], 82 [], 77 [Ph]+, 42 [CH3NCH]+, подтверждающие данную структуру.

В спектрах ЯМР 1Н гидрохлоридов ариламидов N-н-пентилпирролидин-2-карбоновой кислоты (соединения IVd, IVh, IVl, IVn, IVq) имеются: триплет трех протонов метильной группы пентильного радикала при гетероатоме азота в области 0,87-1,00 м.д., мультиплет четырех протонов двух метиленовых групп пентильного радикала при гетероатоме азота в области 1,15-1,45 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пентильного радикала при гетероатоме азота в области 1,50-1,80 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла при 1,88-2,20 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла при 2,58-2,78 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пентильного радикала при гетероатоме азота в области 3,00-3,35 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла в области 3,50-3,80 м.д., триплет одного протона метиновой группы пирролидинового цикла при 4,30-4,66 м.д., мультиплет трех (IVh, IVq) или четырех (IVd, IVl-n) протонов ароматического кольца в области 6,85-7,85 м.д., уширенный синглет протона –NH- группы в области 9,45-9,73 м.д., синглет протонированного пирролидинового атома азота при 10,44-10,97 м.д.

В спектрах ЯМР 1Н гидрохлоридов ариламидов N-циклогексилпирролидин-2-карбоновой кислоты (соединений IIIa-h) имеются: три мультиплета шести протонов метиленовых групп циклогексильного радикала при гетероатоме азота пирролидинового цикла в области 1,00-1,66 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла в области 1,77-2,10 м.д., мультиплет четырех протонов метиленовых групп циклогексильного радикала при гетероатоме азота пирролидинового цикла в области 1,95-2,20 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла при 2,45-2,63 м.д., мультиплет двух протонов метиленовой группы пирролидинового цикла в области 3,00-3,45 м.д., мультиплет метиновой группы циклогексильного радикала при гетероатоме азота пирролидинового цикла в области 3,40-3,79 м.д., триплет одного протона метиновой группы пирролидинового цикла в области 4,55-4,95 м.д., мультиплет двух (IIIf), трех (IIIa-b) или четырех (IIIc-e, IIIg-h) протонов ароматического кольца в области 6,85-7,80м.д., уширенный синглет протона –NH- группы в области 9,20-9,47 м.д., синглет протонированного пирролидинового атома азота при 10,88-11,02 м.д.

Синтез солей ариламидов N-н-пропил- и N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты с различными кислотами

С целью изучения влияния аниона кислоты на проявление фармакологической активности в ряду ариламидов N-н-пропил- и N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты были синтезированы их соли с бромистоводородной, йодистоводородной, хлорной, азотной и борной кислотами по схеме 2:

R = 2,4-(CH3)2 (Va-Vh), 2-OCH3 (Vi), 4-CH3 (Vj), 3-CH3 (Vk), 4-OC2H5 (Vl),

4-C2H5 (Vm); R1 = -С3H7 (Va-e, Vj), -С4H9 (Vf-i, Vk-m)

X = HBr (Vb, Vg), HI (Vc, Vh), HClO4 (Ve, Vi), HNO3 (Va, Vf), H3BO3 (Vj-m).

Схема 2. Синтез солей ариламидов N-н-пропил- и N-н-бутилпирролидин-2-карбоновой кислоты

Глава 3. Экспериментальная химическая часть

В главе описываются методики синтеза полученных соединений.

Глава 4. Методы исследования биологической активности