Синтез, свойства и биологическая активность 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов

На правах рукописи

Дозморова Наталья Викторовна

Синтез, свойства и биологическая активность

1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов

15.00.02 – Фармацевтическая химия, фармакогнозия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

Пермь 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Научный руководитель:

- доктор химических наук, профессор Гейн В.Л.

Научный консультант:

- доктор медицинских наук, профессор Сыропятов Б.Я.

Официальные оппоненты:

- доктор фармацевтических наук, профессор Коркодинова Л.М., ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»;

- доктор химических наук, профессор Машевская И.В., ГОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия им. Д.Н. Прянишникова».

Ведущая организация:

- ГОУ ВПО «Пятигорская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Защита диссертационной работы состоится «8» декабря 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП-277, ул. Ленина, 48.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермской государственной фармацевтической академии по адресу: г. Пермь, ул. Крупской, д.46.

Дата размещения объявления о защите диссертации на сайте ПГФА http://www.pfa.ru «6» ноября 2009 г.

Автореферат разослан «6» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 208.068.01,

к.ф.н,доцент Липатникова И.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач современной фармацевтической химии является поиск новых биологически активных веществ и создание на их основе малотоксичных препаратов с высокой биологической активностью. С этой точки зрения замещенные 3-гидрокси-3-пирролин-2-оны, их производные и полученные на их основе конденсированные системы гетероциклов представляют собой один из перспективных для изучения классов химических соединений. Среди них обнаружены вещества с противомикробной, противовирусной, противо-воспалительной, анальгетической и ноотропной активностями. Установлено наличие зависимости между химическими свойствами, характером заместителя в положении 1 гетероцикла и биологической активностью. С целью продолжения поиска новых биологически активных веществ среди 1-заме-щенных 3-гидрокси-3-пирролин-2-онов представлялось актуальным введение в положение 1 гетероцикла фармакофорного пиперазиноэтильного, морфоли-ноалкильного остатка, а также остатка триптамина, являющегося биогенным амином, исследовать полученные 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-оны с целью выявления влияния гетерилалкильного заместителя на химические свойства и биологическую активность полученных соединений.

Цель работы. Целью данного исследования является разработка методов синтеза новых соединений ряда 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов, изучение их физико-химических свойств и биологической активности, а также оценка зависимости между строением синтезированных соединений и их биологической активностью.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были предстояло решить следующие задачи:

1. Разработать простые препаративные методы синтеза 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов.

2. Получить водорастворимые гидрохлориды 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов.

3. Изучить взаимодействие синтезированных 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов с моно- и бинуклеофильными реагентами.

4. Проанализировать результаты испытаний биологической активности синтезированных соединений, изучить зависимость структура–активность и выявить наиболее перспективные вещества для дальнейшего исследования.

Научная новизна. Разработан препаративный метод синтеза ранее неизвестных 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов, в основе которого лежит трехкомпонентная реакция эфиров ацилпировиноградных кислот со смесью ароматического альдегида и 2-(1-пиперазино)-1-этиламина, 2-(1-морфолино)-1-этиламина, 3-(4-морфолино)-1-пропиламина, либо триптамина.

Изучены химические свойства 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов. Установлено, что при взаимодействии 1-(2-мор-фолиноэтил)- 4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов с п-толуидином нуклеофильное замещение кислорода происходит в положении 3 гетероцикла и в результате образуются 1-(2-морфолиноэтил)-4-ацил-5-ароил-3-(4-толил-амино)-3-пирролин-2-оны.

Показано, что при взаимодействии 1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацетил-5-фенил-3-гидрокси-3-пирролин-2-она с фенилэтиламином в среде ледяной уксусной кислоты образуется 1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацетил-3-гидрокси-4-(1-фенилэтиламиноэтилен)-5-фенил-3-пирролин-2-он, при этом атаке подвергается атом углерода ацильной группы в положении 4 гетероцикла.

Выявлено, что при взаимодействии 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов с гидразингидратом в среде ледяной уксусной кислоты образуются 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-5-[2-гетерилэтил]пирро-ло[3,4-c]пиразол-6-оны.

Получено 81 соединение, из них 75 впервые. На основании ИК, ЯМР 1Н и масс-спектров установлена их структура. Фармакологическому скринингу подвергнуто 56 соединений. Среди них обнаружены вещества с антимикробной, анальгетической, антидепрессивной, гемостатической, антикоагулянтной и гипотензивной активностями. Выявлены закономерности связи между структурой и активностью синтезированных соединений. Выявлены ряды соединений, перспективные с точки зрения дальнейшего поиска биологически активных веществ.

Практическая ценность. Разработаны препаративные методы синтеза 1(2-пиперазиноэтил)-, 1-(2-морфолиноэтил)-, 1-(3-морфолинопропил)-,

1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов, гидро-хлоридов 1(2-пиперазиноэтил)-, 1-(2-морфолиноэтил)-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов, 1-(2-морфолиноэтил)-4-(4-метоксибензоил)-3-(4-толиламино)-5-арил-3-пирролин-2-онов, 1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацетил-3-гидрокси-4-(1-фенилэтиламиноэтилен)-5-фенил-3-пирролин-2-она, 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-пиперазиноэтил)пирроло[3,4-c]пиразолов, ди-гидрохлорида 1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-пиперазиноэтил)-4-фенил-3-(4-хлорфенил)-пирроло [3,4-c]пиразола, 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-морфолиноэтил) пирроло[3,4-c ]пиразолов, гидрохлоридов 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-морфолиноэтил)пирроло[3,4-c]пиразолов, а также 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-[2-(3-индол-3-ил)-этил]пирроло[3,4-c]пира-золов. Среди полученных соединений обнаружены вещества, обладающие антимикробной, анальгетической, гемостатической, антикоагулянтной и гипотензивной активностями. Определена острая токсичность некоторых из них.

Конкретное участие автора в получении научных результатов.

Основная часть исследований выполнена лично автором диссертационной работы:

- синтез производных 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидроки-3-пирро-лин-2-онов;

- установление структуры полученных соединений;

- исследование физико–химических свойств синтезированных веществ;

- анализ данных фармакологической активности полученных соединений.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на международной научно–практической конференции «Фармация и здоровье» (Пермь, 2005), 60-й региональной конференции «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2005), 2-й Российско – Китайской научной конференции по фармакологии «Fundamental pharmacology and pharmacy-clinical practice» (Пермь, 2006), Российской научно –практической конференции, посвященной 70 – летию ПГФА «Достижения и перспективы в области создания новых лекарственных средств» (Пермь, 2007), V Международной медико–фармацевтической конференции студентов и молодых ученых, посвященной 600-летию Черновцов (Черновцы, 2008), конференции «Фармация и общественное здоровье» (Екатеринбург, 2008), конференции «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2008), научно–практической конференции «Фармация из века в век» (Санкт-Петербург, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ: 1 статья в центральной печати, 5 статей в сборниках, 7 тезисов докладов на конференциях различного уровня и 1 патент.

Объем и структура диссертации. Содержание работы изложено на 163 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 154 работы отечественных и зарубежных авторов. Диссертация содержит 34 таблицы, иллюстрирована 12 рисунками.

На защиту выносятся:

1. Синтез 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов и их гидрохлоридов, взаимодействие полученных пирролин-2,3-дионов и их гидрохлоридов с нуклеофильными реагентами.

2. Установление структуры полученных соединений на основе спектральных исследований.

3. Результаты фармакологических испытаний синтезированных соединений на противомикробную, анальгетическую, гипотензивную, антидепрессивную, гемостатическую активности и острую токсичность, выявление связи между структурой и активностью.

Основное содержание работы

1. Синтез 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов

Установлено, что при взаимодействии метиловых эфиров ацил­пировиноградных кислот со смесью ароматического альдегида и 2-(1-пипе-разино)-1-этиламина в эквимолярных количествах в диоксане обра­зуются 1-(2-пиперазиноэтил)-4-ароил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-оны I (а-о) (выход 63,5-92,8%), в случае использования метиловых эфиров ацетил­пировиноградных кислот образуются 1-(2-пиперазиноэтил)-4-ацетил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-оны (II а-ж) (выход 71,9-91,3%).

I а-о, II а-ж

R1 = С6Н5 (I а-з, I к), 4-ClC6H4 (I и,о), 4-BrC6H4 (I н), 4-CH3C6H4 (I л,м), CH3(II а-ж); R2 = 4-C2H5 (I а, II в), 4-(CH3)3C (I б, II ж), 4-CH3(I в), 4-(CH3)2CH (I г, II д), 4-CH3O (I д,и), 4-F (I е), 4-Cl (I ж, II г), 3-NO2 (I з, II б), H (I к,л,н,о, II а), 4-C2H5O (I м, II е)

Полученные соединения I а-о и II а-ж представляют собой бесцветные, светло-розовые или светло-желтые кристаллические вещества, растворимые в диметилформамиде, диметилсульфоксиде и нерастворимые в воде.

Согласно данным ИК, ЯМР 1Н и масс-спектров, а также качественной реакции со спиртовым раствором хлорида железа (III), соединения I а-о и II а-ж существуют в енольной форме. Анализируя данные литературных источников, можно предположить существование у полученных 1-(2-пиперазиноэтил)-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов межмолекулярных водородных связей (форма А) в кристаллах и концентрированных растворах и внутримолекулярного взаимодействия между протоном енольной гидроксильной группы и атомом кислорода ацильной группы (форма Б) в разбавленных растворах, подобные таковым у 1,4,5-тризамещенных 3-пирролин-2-онов.

А Б

Учитывая наличие в молекуле третичной и вторичной аминогрупп, вероятно образование еще одной водородной связи в виде полимерной формы В.

В

Отсутствие в ЯМР 1Н-спектрах ряда соединений сигналов енольной гидроксильной группы объясняется, по-видимому, обменными процессами, возникающими за счет образования различных типов водородных связей.

Продолжая исследования в ряду 1-гетерилалкил-гидроксипирролинонов, ввели в положение 1 гетероцикла фармакофорный морфолиноалкильный фрагмент. С этой целью было изучено взаимодействие метиловых эфиров ацилпировиноградных кислот со смесью ароматического альдегида и 2-(4-морфолино)-1-этиламина или 3-(4-морфолино)-1-пропиламина в эквимолярных количествах в диоксане. В результате проведенных исследований установлено, что продуктом реакции являются, соответственно, 1-(2-морфолиноэтил)-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-оны III а-з (выход 76,2-89,3%) или 1-(3-морфолинопропил)-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-оны IV а-в (выход 75,9-88,2%).

III а-з, IV а-в

n = 2 (III а-з), 3 (IVа-в); R1 = CH3 ( III а, IV а-в), С6Н5 (III б, д-ж), 4-CH3OC6H4 (III в,г), 4-BrC6H4 (III з); R2 = Н (III а-в, з, IV а) 4-CH3O (III г,е), 4-Cl (III д, IV б), 3-NO2 (III ж, IV в)

Полученные соединения III а-з и IV а-в представляют собой бесцветные или сетло-желтые кристаллические вещества, растворимые в органических растворителях таких, как этанол, ацетон, диметилсульфоксид, диметилформамид и нерастворимые в воде.

Существование соединений III и IV в енольной форме доказано на основании данных ИК, ЯМР 1Н и масс-спектров, а также качественной реакцией с хлоридом железа (III).

С целью дальнейшего синтеза 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов нами были изучены реакции эфиров ацилпировиноградных кислот со смесью ароматического или гетероциклического альдегида и триптамина. При взаимодействии эквимолярных количеств указанных реагентов в диоксане получены 1-[2-(3-индол-3-ил)-этил]-5-арил-4-ацил-3-гидрокси-2,5-дигидро-пиррол-2-оны V а-ч (выход 77,5-91,9%).

V а-ч

R1 = CH3 (а-е), C6H5 (ж-м), 4-FC6H4 (н-р), 4-ClC6H4 (с-у), 4-CH3OC6H4 (ф), 4-C2H5OC6H4 (х), 4-CH3C6H4 (ц,ч); R2 = 4-C2H5 (а), 3-CH3O (б,з,ц), 4-Br (в), 3-F (г,ж), 4-Cl (д), 4OH (е,и,н,у,х,ч), 3-OH (к,о), 3-CH3O4-OH (л,п), R2C6H4=2-furyl (м,р), R2C6H4=3-pyridyl (с), H (т,ф)

Синтезированные соединения Vа-ч представляют собой бесцветные или светло-желтые кристаллические вещества, малорастворимые в воде, растворимые в спиртах, диметилсульфоксиде и диметилформамиде.

Структура соединений V а-ч доказана на основании данных ИК, ЯМР 1Н и масс-спектров, а также качественных реакций с хлоридом железа (III).

2. Получение гидрохлоридов 1-(2-пиперазиноэтил)- и 1-(2-морфолино-этил)-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов

С целью улучшения растворимости 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов в воде соединения I ж,з,и,о, II а и III б,в,з были переведены при упаривании на водяной бане в концентрированной хлороводородной кислоте в соответствующие соли VI а-д (выход 22,1-68,0%) и VII а-в (выход 78,3-91,2%).

Полученные соединения VI и VII представляют собой белые кристалли-ческие вещества, растворимые в воде, этаноле.

В ИК спектрах полученных гидрохлоридов VI а-д и VII а-в наблюдается полоса поглощения протонированной аминогруппы при 3395-3430 см-1 и при 3468-3616 см-1, соответственно. В спектрах ЯМР 1Н соединений VI а-д присутствует дополнительно к сигналам протонов соответствующих оснований сигнал одного протона протонированной третичной аминогруппы пиперазинового цикла при 8,34-8,37 м.д. и сигнал двух протонов протонированной вторичной аминогруппы того же гетероцикла при 9,80-9,93 м.д., а в спектрах соединений VII а-в сигнал одного протона протонированной третичной аминогруппы при 10,27-10,84 м.д. Соединения VI и VII дают реакцию на хлорид-ион с раствором нитрата серебра.

I ж, з, и, о; II а VI а-д

R1 = C6H5 (VI а,б), 4- ClC6H4 (VI в,д), CH3 (VIг)

R2 = 4-Cl (VI а), 3-NO2 (VI б), 4-CH3O (VI в), H (VI г,д)

III б, в, з VII а-в

R = H (VII а), 4-CH3О (VIIб), 4- Br (VII в)

3. Реакции 1-гетерилалкил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов с нуклеофильными реагентами

В качестве мононуклеофильных реагентв были использованы п-толуидин и фенилэтиламин. Проведенные исследования позволили установить, что при кипячении 1-(2-морфолиноэтил)-4-(4-метоксибензоил)-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онов III в,г в ледяной уксусной кислоте с птолуидином были выделены 1-(2-морфолиноэтил)-4-ацил-3-(4-толиламино)-5-арил-3-пирролин-2-оны (VIIIа,б) (выход 68,6-81,8%).

III в,г VIII а,б

R=4-CH3O (VIIIа), Н(VIIIб)

Продукты реакции VIII а,б представляют собой светло-желтые кристаллические вещества, растворимые в диметилсульфоксиде, диметилформамиде и нерастворимые в воде.

В спектрах ЯМР 1Н соединений VIII а,б присутствует дополнительно к сигналам протонов соответствующих исходных соединений (III в,г) синглет трех протонов метильной группы пара-толильного остатка при 3,76 м.д., а также увеличивается интегральная интенсивность ароматических протонов. Структура подтверждается отсутствием качественной реакции с хлоридом железа (III) на енольную гидроксильную группу.

При кипячении 1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацетил-5-фенил-3-гидрокси-3-пирролин-2-она с фенилэтиламином в среде ледяной уксусной кислоты образуется 1-[2-(индол-3-ил)-этил]-4-ацетил-3-гидрокси-4-(1-фенилэтиламино-этилен)-5-фенил-3-пирролин-2-он IX а (выход 72,1%).

IXа

Продукт реакции IX а представляют собой светло-желтое кристаллическое вещество, растворимое в диметилсульфоксиде, диметилформамиде и нерастворимое в воде.

В спектре ЯМР 1Н соединения IXа дополнительно наблюдаются 2 мультиплета четырех протонов метиленовых групп остатка фенилэтиламина в положении 4 при 2,81 м.д. и 3,58 м.д., сигналы 15 ароматических протонов бензольного кольца в положении 5 гетероцикла, индолильного кольца и фенильного кольца фенилэиламино-группы при 6,98-7,41 м.д.

В качестве бинуклеофильного реагента был выбран гидразингидрат. При взаимодействии его в эквимолярных количествах с 1-гетерилэтил-4-ацил-5-арил-3-гидрокси-3-пирролин-2-онами I д, II а, III г,д и V и-с, а также с 1-(2-пиперазиноэтил)-4-(4-хлорбензоил)-5-фенил-3-гидрокси-3-пирролин-2-она дигидрохлоридом VI д в ледяной уксусной кислоте получены 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-гетерилэтил)пирроло[3,4-c]пиразолы X а,б (выход 37,9-53,3%), XII а,б (выход 68,1-89,1%), XIV а-и (выход 72,3-93,2%) и дигидрохлорид XI а (выход 33,0%), соответственно.

Iд, IIа X а,б

R1= С6Н5 (Xа), СН3 (Xб); R2=4-CH3O (Xа), H (Xб)

VI д XI а

III г,д XII а,б

R1 = 4-CH3O (XIIа), Н (XIIб) R2=4-CH3O (XIIа), 4-Cl(XIIб)

V и-с XIV а-и

R1 = 4-FС6Н4 (XIVа-г), C6H5 (XIVд-з), 4-ClC6H4(XIVи); R2 = 4-OH (XIVа,и), 3-OH (XIVб,ж), 3-CH3O4-OH (XIVв,з), R2C6H4=2-furyl(XIVг,е), R2C6H43-рyridyl (XIVи)

Синтезированные пирролопиразолы представляют собой белые (Ха, XII а,б, XIV а-и) или бесцветные (Хб, ХI а) кристаллические вещества, малорастворимые (Xа, Xб, XII а,б, XIV а-и) или растворимые (XIа) в воде, растворимые в этаноле, диметилсульфоксиде, диметилформамиде.

В спектрах ЯМР 1Н соединений дополнительно к сигналам соответ-ствующих исходных веществ присутствует уширенный сигнал протона при атоме азота пиразольного цикла, который наблюдается в области 12,5-14,0 м.д.

Соединения X, XI, XII и ХIV не дают качественную реакцию на енольный гидроксил с хлоридом железа (III), что наряду с данными спектров подтверждает их структуру.

Поскольку некоторые 3,4-диарил-1,4,5,6-тетрагидро-6-оксо-5-(2-морфолиноэтил)пирроло[3,4-c]пиразолы не удалось выделить в кристаллическом состоянии были получены их гидрохлориды XIII а,б (выход 68,4-79,3%) путем обработки соответствующих оснований хлористоводородной кислотой.

III а,б ХIII а,б

R = СН3(XIII а), С6Н5(XIII б)

Соединения XIII а,б представляют собой белые кристаллические вещества, растворимые в воде, этаноле, диметилсульфоксиде, диметилформамиде.

В спектрах ЯМР 1Н соединений ХIII а,б присутствует синглет протонированной вторичной аминогруппы морфолинового цикла при 10,23-10,52 м.д., сигнал протона при атоме азота пиразольного цикла сильно уширен и наблюдается в области 13-14 м.д.