Синтез и изучение гипогликемической активности производных 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот

На правах рукописи

КРАСНОВА АНАСТАСИЯ ИВАНОВНА

Синтез и Изучение гипогликемической

активности производных

4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот

14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

ПЕРМЬ - 2011

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (г. Пермь)

Научный руководитель: доктор фармацевтических наук, доцент

Пулина Наталья Алексеевна

Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор

Юшкова Татьяна Александровна

Официальные оппоненты: доктор фармацевтических наук, профессор

Михайловский Александр Георгиевич

ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацев-тическая академия» Минздравсоцразвития России

доктор медицинских наук, профессор

Ларионов Леонид Петрович

ГБОУ ВПО «Уральская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России

Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Пятигорская государственная фармацевтическая академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Защита состоится « 18 » октября 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при ГБОУ ВПО ПГФА Минздравсоцразвития России по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Полевая, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО ПГФА Минздравсоцразвития России по адресу: г. Пермь, ул. Крупской, 46.

Дата размещения объявления о защите диссертации на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации http://www.mon.gov.ru «15» сентября 2011 г. и на сайте ПГФА http://pfa.ru «14» сентября 2011 г.

Автореферат разослан «15» сентября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 208.068.01,

кандидат фармацевтических наук, доцент И.А. Липатникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние 30–40 лет в мире отмечается значительный подъем заболеваемости сахарным диабетом (СД), что проявляется возрастанием в 2 раза числа больных каждые 12-15 лет. Многофакторность генеза СД приводит к тому, что проводимая фармакотерапия данного социально значимого заболевания не всегда обеспечивает достижение целевого эффекта и стойкой компенсации. Определенную проблему в лечении СД составляют осложнения, и не всегда лекарственная терапия обеспечивает снижение риска развития микро- и макроангиопатий, что служит основной причиной высокой летальности и инвалидизации. В связи с этим, поиск новых высокоэффективных антидиабетических препаратов, обеспечивающих целевые терапевтические и профилактические эффекты, весьма актуален. Одним из перспективных научных направлений в этой области является синтез и изучение новых органичес-ких соединений.

Среди продуктов химического синтеза особый интерес представляют металлокомплексы, в частности соединения Zn2+ и V4+, ввиду их способности участвовать в обмене углеводов и потенцировать действие инсулина. Так, высокая сахароснижающая активность выявлена среди комплексных соединений V4+ с производными мальтола, яблочной кислоты, пиколинатов, бигуанидов, изоникотиновой кислоты, ряда аминокислот и др. Однако, мало работ посвящено его взаимодействию с -дикетонами.

Определенными преимуществами в реакциях комплексообразования обладают органические лиганды, являющиеся естественными метаболитами организма, в связи с их малой токсичностью и повышением биодоступности металлокомплексов на их основе. К ним можно отнести производные 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых (ароилпировиноградных) кислот (АрПК), обладающие широким спектром биологической активности, в частности, антимикробным, противовоспалительным, анальгетическим, жаропонижающим, антигипоксическим и др. действием. Недавно начатые исследования в Пермской государственной фармацевтической академии по изучению гипогликемической активности гетариламидов АрПК и некоторых продуктов их химических превращений показали целесообразность дальнейшего расширения фармакологического скрининга в ряду других производных АрПК, особенно в ряду бутеноатов гетариламмония и металлокомплексных соединений. При этом реакции эфиров, арил-, гетариламидов АрПК с ванадила сульфатом ранее не изучены.

Таким образом, изучение гипогликемического действия производных АрПК и целенаправленный синтез новых комплексных соединений ванадия (IV) на их основе с последующим многофакторным исследованием фармакологических эффектов наиболее активных веществ является актуальным.

Цель работы. Целью настоящего исследования является синтез и поиск высокоэффективных гипогликемических веществ в ряду производных 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот с комплексным влиянием на различные звенья патогенеза СД и его осложнений.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Осуществить синтез и изучить особенности строения оксованадиевых комплексов на основе метиловых эфиров, ариламидов и гетариламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот.
2. Изучить острую токсичность, провести скрининг гипогликемической активности 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония, метиловых эфиров, ариламидов, гетариламидов АрПК и их металлокомплексов.
3. Установить определенные зависимости «структура - гипогликемическая активность» в синтезированных рядах соединений.
4. Изучить с позиций современной диабетологии влияние перспективных веществ на центральную нервную и иммунную систему в сравнении с эталонными препаратами и выявить наиболее активное соединение для дальнейших фармакологических исследований.

Научная новизна. Установлено, что в реакции метиловых эфиров, ариламидов, гетариламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот с ванадила сульфатом образуются соответствующие оксованадиевые металлокомплексы. Подтверждено, что исходные реагенты координируются металлом как бидентатные O-O лиганды.

Впервые проведен скрининг гипогликемической активности 56 ранее описанных и 28 новых производных АрПК, определена их низкая токсичность и установлена зависимость «структура-активность» в соответствующих рядах соединений. Выявлено и охарактеризовано комплексное влияние на некоторые звенья патогенеза сахарного диабета и его осложнений, в частности, на индивидуальное поведение и память экспериментальных животных, анальгетические и антигипоксические свойства у двух 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония и семи металлокомплексов на основе производных АрПК, при этом наибольший положительный эффект отмечен у четырех металлокомплексов цинка и ванадия, а также у 2-гидрокси-4-оксо-4-фенил-2-бутеноата 2-бензо-тиазолиламмония. Для сравнительной характеристики эти эффекты были исследованы в эксперименте у эталонного гипогликемического препарата – метформина. С позиций современной диабетологии изучено иммунофармакологическое действие наиболее активного оксованадиевого металлокомплекса.

Научная новизна работы подтверждена 1 патентом и 1 решением о выдаче патента РФ на изобретение.

Практическая значимость. В ходе исследования разработаны или усовершенствованы удобные методы синтеза бис(3-арил-1-метоксикарбонил-1,3-пропандионато)оксованадия, бис[3-арил-1-(4-метилфенил)-карбоксамидо-1,3-пропандионато]оксованадия, бис{3-арил-1-[2(3)-гетарил]карбоксамидо-1,3-про-пандионато}оксованадия и 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония, которые просты по выполнению и могут быть использованы как препаративные при получении новых биологически активных веществ. В процессе работы синтезировано 84 соединения, из них 28 неописанных в литературе.

Оценены фармако-токсикологические свойства 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония, метиловых эфиров, ариламидов и гетариламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот и их металлокомплексов. Выявлены некоторые закономерности проявления гипогликемической, антигипоксической активности, а также влияния на ЦНС от химической структуры изученных соединений, которые могут быть использованы в целенаправленном синтезе и поиске антидиабетических средств среди производных 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот.

Установлено, что по выраженности гипогликемических, антигипоксических и анальгетических свойств, восстановления индивидуального поведения и памятного следа у экспериментальных животных наиболее активным является бис[3-(4-хлорфенил)-1-(4-метилфенил)карбоксамидо-1,3-пропандионато]оксо-ванадий. Выявленные эффекты определяют перспективность дальнейших фармакологических исследований данного вещества в качестве потенциального средства для лечения сахарного диабета и его осложнений.

Результаты научных исследований внедрены в научно-исследовательский процесс кафедры фармацевтической химии о/ф ГБОУ ВПО ПГФА Минздравсоцразвития России и кафедры фармакологии ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Минздравсоцразвития России.

Апробация работы. Результаты работы доложены на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГБОУ ВПО ПГФА Минздравсоцразвития России в 2008-2010 гг., Российской конференции «Фармакология и токсикология фосфорорганических соединений и других биологически активных веществ» (Казань, 2008), Китайско-Российской научной конференции по фармакологии (Харбин, 2008), региональной научной конференции «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2009), XVI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2009), региональной научно-практической молодежной школе-конференции «Химия поликарбонильных соединений» (Пермь, 2009), на межвузовской научной конференции студентов и молодых ученых «Фармация в XXI веке: эстафета поколений" (Санкт-Петербург, 2009), на VIII конференции иммунологов Урала «Актуальные вопросы фундаментальной, клинической иммунологии и аллергологии» (Сыктывкар, 2010), на конкурсе-конференции по органической химии для молодых ученых ИОС УрО РАН, УГТУ-УПИ и УрГУ (Екатеринбург, 2010), на международном симпозиуме «Advanced science in organic chemistry» (Крым, 2010).

Публикации. Основное содержание работы представлено в 19 публикациях, из них: 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК, получен 1 патент и 1 решение о выдаче патента РФ на изобретение.

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-иссле-довательских работ ГБОУ ВПО ПГФА Минздравсоцразвития России (№ государственной регистрации 01.9.50.007419).

Конкретное участие автора в получении научных результатов. Изучены и обобщены литературные данные о направлениях поиска новых веществ с антидиабетической активностью. Автором осуществлен синтез 84 соединений, из них 28 неописанных в литературе. Разработан метод получения бис(3-арил-1-метоксикарбонил-1,3-пропандионато)оксованадия, бис{3-арил-1-арил[2(3)-гета-рил]карбоксамидо-1,3-пропандионато}оксованадия, усовершенствован синтез 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония. Осуществлена интерпретация полученных данных ИК-, ЯМР1Н-спектроскопии, атомно-абсорбционного анализа, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой для подтверждения структуры соединений. Автором проведен скрининг гипогликемического действия полученных веществ, выявлены некоторые закономерности взаимосвязи «структура-активность» и изучено влияние наиболее перспективных соединений на центральную нервную и иммунную системы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста, содержит введение, обзор литературы, две главы результатов собственных исследований, экспериментальную часть, выводы, практические рекомендации по использованию результатов, приложение. Список литературы содержит 135 отечественных и 133 зарубежных источников. Иллюстрации представлены 19 таблицами и 17 рисунками.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Синтез и строение новых оксованадиевых комплексов метиловых эфиров, ариламидов, гетариламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот.
2. Характеристика острой токсичности и гипогликемической активности 84 производных АрПК и установленные взаимосвязи «структура-активность» в синтезированных рядах соединений.
3. Характеристика влияния 9 наиболее активных соединений на центральную нервную и иммунную системы с позиций современной диабетологии.
4. Выбор бис[3-(4-хлорфенил)-1-(4-метилфенил)карбоксамидо-1,3-пропан-дионато]оксованадия, который является малотоксичным веществом, обладает выраженным гипогликемическим и антигипоксическим действием, восстанавливает индивидуальное поведение и память, а также проявляет иммунофармакологические свойства у здоровых животных и крыс с экспериментальным сахарным диабетом, в качестве перспективного соединения для дальнейших фармакологических исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Перспективы поиска новых гипогликемических средств среди продуктов органического синтеза (обзор литературы).

Глава 2. Поиск химических соединений с гипогликемическим действием и их направленный синтез в ряду производных АрПК

2.1. Синтез производных 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот и скрининг их гипогликемической активности с оценкой острой токсичности

Проведенный литературный поиск показал отсутствие систематического изучения гипогликемической активности производных АрПК. Учитывая актуальность поиска новых эффективных и безопасных антидиабетических препаратов, представляло интерес впервые провести скрининг гипогликемической активности среди метиловых эфиров 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот (3а-г), 4-метилфениламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот (4а-г), гетариламидов 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот (5а-я), 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеноатов гетариламмония (6а-п), бис{3-арил-1-[2(3)-гетарил]карбоксамидо-1,3-пропандионато}цинка (7а,б), бис[3-арил-1-(2-гетарил)карбоксамидо-1,3-пропандионато]кадмия (7в,г).

Соединения 3-7 были получены и описаны ранее, однако для проведения фармакологических исследований автором воспроизведен синтез указанных веществ по известным методикам согласно нижеприведенной схемы. Для синтеза 4-арил-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот (1) использована реакция конденсации Клайзена, а 5-арилфуран-2,3-дионы (2) получали циклизацией АрПК 1 с тионилхлоридом.

1,2,3,4: R=H (а), Сl (б), СН3 (в), СН3О (г);

5: Ht=2-С5Н4N (2-пиридил), R=H (а), Сl (б), СН3 (в), СН3О (г); Ht=3-С5Н4N (3-пири-дил), R=H (д), Сl (е), СН3(ж), СН3О (з); Ht=С3Н4NS (2-тиазолинил), R=H (и), Сl (к), СН3 (л), СН3О (м); Ht=С2Н1N2S [2-(1,3,4-тиадиазолил)], R=H (н), Сl (о), СН3 (п), СН3О (р); Ht=С3Н3N2S [2-(5-метил-1,3,4-тиадиазолил)], R=H (с), Сl (т), СН3 (у), СН3О (ф); Ht=С4Н5N2S [2-(5-этил-1,3,4-тиадиазолил)], R=H (х), Сl (ц), СН3 (ч), СН3О (ш); Ht=С7Н3СlNO [2-(5-хлоризоксазолил)], R=H (щ), СН3 (ы); Ht=С7Н4NS (2-бензо-тиазолил), R=H (э), СН3 (ю), СН3О (я);

6: Ht=С3Н4NS, R=H (а), Сl (б), СН3 (в), СН3О (г); Ht=С2Н1N2S, R=H (д), Ht=С3Н3N2S, R=H (е), СН3О (ж); Ht=С4Н5N2S, R=СН3 (з); Ht=С2Н1N2S2 [2-(5-меркапто-1,3,4-тиа-диазолил)],R=Сl (и); Ht=С7Н5N2 (2-бензимидазолил), R=H (к); Ht=С7Н3СlNO, R=СН3 (л); Ht=С7Н4NS, R=H (м), Сl (н), СН3 (о), СН3О (п);

7: Ме=Zn2+, Ht=С5Н3BrN [2-(5-бромпиридил)], R=Cl (а); Ht=3-С5Н4N, R=Н (б); Ме=Сd2+, Ht=2-С5Н4N, R=H (в); Ht=С7Н5N2, R=Н (г).

Спектральные и физико-химические характеристики полученных производных АрПК 3-7 соответствовали литературным данным.

Изучение острой токсичности производных АрПК 3-7 по методу Г.Н. Першина на белых нелинейных мышах обоего пола при пероральном введении в виде взвеси в 2% крахмальном растворе из расчета 0,1 мл/10г показало, что исследуемые вещества 3а-г,4а-г,5а-з,7б,7в с установленной среднесмертельной дозой (DL50) относятся к 4 классу опасности согласно ГОСТу Р 53856-2010, а бутеноаты 6в и 6м - к 5 классу опасности. Соединения 5и-я,6а,б,г-л,6н-п,7а,7г также могут быть отнесены к 4 классу опасности до проведения дальнейших токсикологических исследований.

Фармакологический скрининг гипогликемической активности осуществляли на белых нелинейных крысах обоего пола в условиях модели аллоксанового диабета. Экспериментальную гипергликемию моделировали внутрибрюшинным введением аллоксана тригидрата в дозе 170 мг/кг. Исследуемые производные 3-7, а также субстанцию препарата сравнения метформина вводили перорально в дозе 50 мг/кг в виде взвеси в 2% крахмальном растворе. Контрольным животным вводили эквиобъемное количество 2% крахмального раствора. Концентрацию глюкозы в крови животных определяли глюкозооксидазным методом до введения соединений, а также через 30 и 120 минут после него.

Установлено, что из 56 производных АрПК 36 веществ проявляют гипогликемическое действие различной степени выраженности. При этом пять сое-динений превосходят по эффективности метформин, из них четыре вещества 6е,7а,7б,7в - в 1,2-1,5 раза на протяжении всего эксперимента, а бутеноат 6м – в 1,2 раза на 2-м часе, действуя на 30 минутах опыта наравне с препаратом сравнения. Бутеноат 6в проявляет эффект на уровне эталона во все сроки наб-людения, а действие соединений 6д,6и,6к сопоставимо с активностью эталона только на 2-м часе опыта. У двадцати семи веществ (3в,4г,5а-в,5д-и,5л-н,5р-т, 5ф,5х,5ш,5ы,5э,6б,6ж,6з,6л,6н,7г) гипогликемический эффект уступает активности метформина в 1,3-4,3 раза.

Сравнительный анализ показал, что частота выявления гипогликемического эффекта среди метиловых эфиров 3 и 4-метилфениламидов АрПК 4 составляет 25%, для ряда гетариламидов АрПК 5 – 66%, среди бутеноатов гетариламмония 6 - 73%, а для ряда металлокомплексных соединений на основе гетариламидов – 77% (рис. 1).

Рис. 1. Частота выявления гипогликемической активности среди производных АрПК.

При изучении взаимосвязи «структура - гипогликемическая активность» установлено, что эффект зависит от наличия и характера заместителей при С1, а также в пара-положении арильного фрагмента молекулы производных АрПК.