Синтез новых соединений на основе электрофильных бензофуроксанов и N-нуклеофилов, содержащих фармакофорный фрагмент тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

' На правах рукописи

МУХАМАТДИНОВА РЕЗЕДА ЭДУАРДОВНА

СИНТЕЗ НОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ БЕНЗОФУРОКСАНОВ И 1Ч-НУКЛЕОФИЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФАРМАКОФОРНЫЙ ФРАГМЕНТ

02.00.03 - Органическая химия

г г июл 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань-2015

005570833

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор Бурилов Александр Романович

Тришин Юрий Георгиевич

доктор химических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров», заведующий кафедрой органической химии

Штырлин Никита Валерьевич

кандидат химических наук,

ФГАОУ ВПО "Казанский (Приволжский)

федеральный университет",

научный сотрудник отдела медицинской

химии НОЦ фармацевтики

ФГБУН Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, г. Новосибирск

Защита диссертации состоится 9 октября 2015г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.07 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Учёного совета, А-330.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте www.kstu.ru.

Отзывы на автореферат в 2х экземплярах просим направлять по адресу: 420015, г.Казань, ул. К. Маркса, 68, КНИТУ, учёному секретарю диссертационного совета Д212.080.07 и по e-mail gulia_nn@yahoo.com

Автореферат разослан Ж. июля 2015 г. Учёный секретарь

„,„.,..>„.,.,„„__________„____, Нугуманова Гульнара Наиловна

диссертационного совета ¿г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На сегодняшний день в арсенале фармацевтических средств существует большое количество антибактериальных, противогрибковых, противопаразитарных лекарственных препаратов, применяемых для лечения различных заболеваний. Не смотря на это, современная медицина часто сталкивается с проблемой резистентности микроорганизмов к лекарственным препаратам. Все более актуальной становится проблема направленного синтеза биологически активных веществ и лекарственных препаратов нового поколения, сочетающих в себе такие свойства, как высокая эффективность, широкий спектр биологической активности по отношению к основным видам патогенной микрофлоры в сочетании с низкой токсичностью, отсутствие побочных эффектов, направленный транспорт к очагу инфекции. Соединения с необходимыми биологическими свойствами могут быть получены с помощью функционализации бензофуроксанов, обладающих высокой биологической активностью и способных выделять оксид азота, различными фармакофорными группами.

В связи с этим важной и актуальной задачей является создание полифункциональных производных бензофуроксанов, содержащих в составе своей молекулы фармакофорные группы или уже известные лекарственные препараты. В данной диссертационной работе в качестве объектов исследования были использованы 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксан, 7-хлоро-4,6-динитробензо-фуроксан и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксан, которые обладают высокой фунгицидной и бактерицидной активностью и являются электрофилами по отношению к нуклеофильным реагентам.

Целью работы является синтез новых «гибридных» соединений на основе 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана и Ы-нуклеофильных реагентов, содержащих фармакофорные группы и исследование биологической активности полученных соединений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

разработка оптимальных методов синтеза новых производных бензофуроксанов;

- установление структуры полученных соединений с помощью различных физико-химических методов исследования;

исследование токсичности полученных соединений с помощью бактериальных 1их-биосенсоров и определение антибактериальной и противогрибковой активности с помощью штаммов различных микроорганизмов.

Научная новизна работы. В результате реакций 4,б-дихлоро-5-нитробензофурокеана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана с аминокислотами (валин, лейцин, фенилаланин, гамма-аминомасляная и аминокапроновая кислоты) впервые получены новые производные бензофуроксанов, содержащие различные аминокислотные фрагменты. Было найдено, что реакция бензофуроксана, содержащего фрагмент аминомасляной кислоты, приводит в зависимости от условий реакции к образованию амида 4-(6-хлор-5-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил)-М-(2-нитроокси-этил) бутирамид или лактама б-хлор-5-нитро-4-(2-оксопирролидин-1-ил)бензо[с] [1,2,5] оксадиазол-1-оксид.

Впервые синтезированы производные 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана с нитратами аминоспиртов, содержащие в составе своей молекулы дополнительный ЫО-донорный фрагмент.

В реакциях 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с нуклеофилами (4,4'-диаминодифениловым эфиром, аминоалкилнафталимидами, и аминоалкилтрифенилфосфоний бромидами) образуются продукты замещения атомов хлора бензофуроксановой платформы. Показано, что 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксан и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксан реагируют с 4,4'-диаминодифениловым эфиром с образованием продуктов состава 1:1 и/или 2:1, взаимодействие 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с ароматическим диамином приводит к единственному продукту состава 1:2.

Изучены реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлор о-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с различными лекарственными препаратами: Дапсоном (4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилином), сульфамидными препаратами (Стрептоцид, Сульфадимезин, Сульфадиметоксин), полиеновыми антибиотиками (Амфотерицин В и Нистатин) и установлено, что:

в реакциях 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с Дапсоном образуются продукты состава 1:1,2:1 и 1:2, соответственно;

в реакциях 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана со Стрептоцидом, в зависимости от условий реакций и соотношения реагентов, были получены два разных соединения: 4-(6-хлор-5-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил) бензолсульфонамид и 4-(5-хлор-7-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил)-бензилсульфоновой кислоты.

Теоретическая и практическая значимость работы. В результате проведенных исследований реакций 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-

4.6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с азотсодержащими иуклеофильиыми реагентами разработан метод синтеза 50 новых соединений на основе бензофуроксанов, из них 26 являются «гибридными». Впервые разработан новый метод получения 4-хлорбензодифуроксана путем азидирования 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана. Исследование биологической активности с использованием различных модельных штаммов микроорганизмов показало, что некоторые синтезированные производные бензофуроксанов обладают антибактериальной и противогрибковой активностью, сопоставимой или превосходящей активность веществ сравнения: Кетоконазола, Хлорамфеникола, Нистатина и Амфотерицина В. Наиболее активным является соединение на основе

5.7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана и Нистатина. Его активность по отношению к Trichophyton gypseum в 4 раза превышает активность исходного Нистатина. Некоторые из полученных соединений были исследованы с помощью бактериальных Iux-биосенсоров и обнаружено, что производные бензофуроксанов не обладают генотоксичностью и могут быть использованы для создания новых лекарственных препаратов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Синтез новых производных 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана, содержащие фрагменты аминокислот, нитраты аминоспиртов, 4,4'-диаминодифенилового эфира, аминоалкилнафталимидов и аминоалкилтрифенилфосфин бромидов.

2. Синтез новых «гибридных» соединений на основе известных лекарственных препаратов (Дапсон, Стрептоцид, Сульфадимезин, Сульфадиметоксин, Амфотерицин В, Нистатин) и 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана.

3. Исследование фунгистатической, бактериостатической активности синтезированных соединений с помощью штаммов различных микроорганизмов и батареи бактериальных lux-биосенсоров, выявляющих уровень повреждения ДНК и белков в клетке, повреждение мембран, уровень перекисных и свободно-радикальных процессов в бактериальной клетке, а также определяющих токсичность и генотоксичность соединения.

Методология и методы исследования. В рамках проведенных исследований использованы современные методы определения структуры веществ: ЯМР 'Н, 13С, 3|Р, ИК-спектроскопии, масс-спектрометрия MALDI. рентгеноструктурный анализ, элементный анализ.

Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертации изложены в 6 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных для размещения материалов диссертаций; и 11 тезисах международных и всероссийских конференций. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев 2012» (Санкт-Петербург, 2012); Открытом конкурсе научных работ студентов и аспирантов им. Н.И.Лобачевского (Казань, 2012); Научной сессии КНИТУ (Казань, 2012); Всероссийской школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «ХимБиоАктив-2012» (Саратов, 2012); Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2013» (Москва, 2013); 9-ом Международном Междисциплинарном Конгрессе (Судак, Крым, Украина, 2013); Sigma-Aldrich Young Chemists Symposium (Riccione, Italy, 2013); International Society of Heterocyclic Chemistry Congress (24th ISHC-Congress) (China, 2013); 6th International conference "Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles" (Kharkiv, 2012); XV и XVI Конференциях молодых ученых и студентов-химиков Южного региона Украины (Одесса, 2013 и 2014); Международной научной школе «Международное сотрудничество в области химии и химической технологии: образование, наука, производство» (Казань, 2013).

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведении экспериментов, формулировке научных выводов, написании и оформлении статей, обсуждении результатов и оформлении диссертации. Автором лично синтезированы все соединения, описанные в диссертационной работе, а также интерпретированы и обобщены экспериментальные данные по изучению структуры синтезированных соединений и их биологической активности.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 42 рисунка и 33 схемы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы, включающей 192 ссылки на публикации отечественных и зарубежных авторов. В первой главе представлен обзор литературных данных по строению, химическим, биологическим свойствам и применению бензофуроксанов. Во второй главе представлены результаты собственных исследований, посвященные синтезу новых «гибридных» соединений на основе 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана и N-нуклеофильных реагентов, содержащих фармакофорные группы, а также

представлены данные исследований биологической активности синтезированных соединений. В третьей главе изложены экспериментальные данные проведенных исследований.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю профессору Бурипову А.Р. за постоянное внимание и чуткое руководство, к.х.н. Чугуновой Е.А., принимавшей активное участие при выполнении и обсуждении данной диссертационной работы. Автор благодарит за помощь в проведении экспериментов сотрудников лаборатории Химико-биологических исследований ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН д.б.н. Зобова В.В., к.б.н. Волошину А.Д., Кулик Н.В., сотрудников лаборатории Промышленных микроорганизмов НИИ биологии Южно-Федерального университета (г. Ростов-на-Дону) д.б.н. Сазыкину М.А., к.б.н. Сазыкина И.С.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бензофуроксаны обладают широким спектром биологической активности и могут быть перспективной платформой для синтеза новых лекарственных препаратов. Кроме того, большой интерес вызывают соединения фуроксанового и бензофуроксанового строения с включением фармакологически активных фрагментов, которые в литературе получили название «гибридных» соединений. Для конструирования таких «гибридных» структур необходимо иметь активное базовое бензофуроксановое соединение и фармакофорную группу известного лекарства. Потенциально эти вещества могут совмещать эффект взятого лекарства с N0-донорной способностью бензофуроксана, что позволит расширить биологическую эффективность препарата даже по отношению к тем микроорганизмам, которые уже выработали к ним резистентность, а также снизить действие побочных эффектов.

В качестве объектов исследования нами были выбраны 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксан (1), 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксан (2) и 5,7-дихлоро-4,б-динитробензофуроксан (3).

1. Взаимодействие 4,6-дихлоро-5-нитробснзофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитро-бензофуроксана с аминокислотами

Благодаря способности бензофуроксанов генерировать N0 не вызывая развитие нитратной толерантности их используют как ЫО-донорный фрагмент при синтезе гибридных многофункциональных лекарственных средств, содержащих в одной молекуле двух и более фармакофорных групп. В качестве дополнительного

фармакофора часто используются аминокислоты, поскольку они являются важным

компонентом для роста и развития живых систем.

Нами изучены реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 и 7-хлоро-4,6-

динитробензофуроксана 2 с различными аминокислотами (валин, лейцин,

фенилаланин, гамма-аминомасляная и аминокапроновая кислоты) и получены

продукты 4а-д - 5а-д (схема 1).

а уни

Т Г„р ♦ ямн2 —[Гр 4а-д

К и* Я ♦ кмм2 -- I к»р

с^^-м ^ -НС1 сК^^м.

60-94%

ч , Ж^Ч

.О + -I I +,0 5а-д

С1 О м N1« О

/ - МеОН, ЫаНСОз, 60'С, 4 ч

40-73%

2

Рис. 1 — Геометрия молекулы 4г

Р!МН2= А^он^^ОН г^Г^ОН в кристалле

ЫН2 1 МН2 МН2

а б в

----ОН

г Д

Схема 1

Присутствие свободной карбоксильной группы аминокислотного фрагмента в соответствующих производных бензофуроксанов определяет дальнейшее ее использование в качестве линкера для целенаправленного введения дополнительного фармакофора и синтеза «гибридных» соединений.

Нами был получен амид аминокислотного производного бензофуроксана 7 с нитратом этаноламина, нитроксигруппа которого выступает в качестве дополнительного ИО-донорного фрагмента (схема 2). Попытки получить в результате подобной реакции производное 4,6-дихлор-5-нитробензофуроксана 8, содержащее две нитроксигруппы, аналогичного полученному ранее реакции с 2-аминоэтилнитратом, потерпели неудачу и привели к получению продукта циклизации 9 (схема 2). Структура соединений 4г и 9 была подтверждена методом РСА (рисунки 1 и 2, соответственно).

ь

/ - ггилацетат, иэобутипхпорформиат, ЕЦН, 0-4*С, 30мм,

// - этилацетат, митрат этанола мина, ЕЦЫ, т.комн., 1 ч /// - этмлецетвт, 1,2-динитрат 3 вмино-1,2-пропандиоп, ЕЦЧ комнатная температура, 1ч С1

Схема 2

Рис. 2 - Геометрия молекулы 9 в кристалле

2. Взаимодействие 4,б-дихлоро-5-нитробензофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана с нитратами аминоспиртов

Для получения производных бензофуроксанов, содержащих в своем составе дополнительный ЫО-донорный фрагмент нами были выбраны нитраты аминоспиртов. Известно, что у данного фармакофора не происходит спонтанной генерации монооксида азота, это тиолзависимый процесс.

о2Ы

I 1^,0 +

а-д

имн?

а-Д

-НС1

-НС1

о 60-94%

М02

•^ЙЭ 11а. б

ЫНИ О

40-73%

/ - МеОН, №НС03, 60'С. 4 ч

ЯМН2 = О

МН2

N02 а, 2,3-динитрат аминопропандиола

Схема 3

н,м

N0,

б, нитрат этаноламина

Рис. 3 - Геометрия молекулы 106 в кристалле

В результате взаимодействия бензофуроксанов 1, 2 с нитратами аминоспиртов а, б нами были получены новые производные бензофуроксана 10а,6-11 а,б, содержащие

в качестве ЫО-донорного фрагмента нитроксигруппу (схема 3). Структура соединения 106 была доказана методом РСА (рисунок 3).

3. Взаимодействие беизофуроксаиов с 4,4'-диаминодифениловым эфиром

В литературе были описаны продукты взаимодействия 4,6-дихлор-5-нитробензофуроксана с ароматическими аминами и диаминами, которые обладают антиоксидантными свойствами. Поэтому представляет интерес изучить реакции бензофуроксанов 1, 2, 3 с 4,4'-диаминодифениловым эфиром. Предполагалось оценить влияние строения бензофуроксана и природы 4,4'-диаминодифенилового эфира на направление реакции и состав образующихся продуктов. Нами были осуществлены реакции бензофуроксанов 1-3 с 4,4'-диаминодифениловым эфиром, в результате которых получили продукты нуклеофильного замещения 12-16.

В зависимости от природы растворителя и соотношения реагентов

взаимодействие 4,6-дихлоро-5-нигробензофуроксана 1 с 4,4'-диаминодифениловым

эфиром приводит к образованию смеси продуктов состава 1:1 и 1:2. Однако выбор

более предпочтительного растворителя и точное соблюдение соотношения реагентов

позволяет выделять продукты реакции в индивидуальном виде (схема 4). Нами

впервые был получен дизамещенный продукт 12 при проведении реакции в ДМСО

при соотношении реагентов 2:3. Проведение этой же реакции в диоксане при

соотношении реагентов 1:2 приводит к монозамещенному соединению 13. В спектрах

ЯМР 'Н соединения 13 имеется сигнал в области 3.56 м.д., характерный для протонов

аминогруппы, в спектре соединения 12 этот сигнал отсутствует.

а но2 о2м С1

—- ^Н^онПКЙ-М

, и и и^о^нзсг.^пГ Г^

С1. ,мо2 1:2, Диоксан Я—<

1

I. 11+;

13

79%

МН2

"о"'чог"

Схема 4

При взаимодействии 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана 2 с 4,4'-диаминодифениловым эфиром мы получили смесь продуктов ди- и монозамещения в соотношении 3:1 (соединения 14 и 15, схема 5). Полученную смесь не удалось разделить из-за одинаковой растворимости веществ и близкого значения Яр

iH,ci

Схема 5

Реакция 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана 3 с 4,4'-диаминодифениловым эфиром в ДМСО реализуется с замещением обоих атомов хлора в положениях 5 и 7, что приводит к соединению 16 состава 1:2 (схема 6). Попытки получить и выделить монозамещенный продукт потерпели неудачу.

¿1 чо" \о2

3

18

94%

Схема 6

4. Взаимодействие бензофуроксанов с 4-|(4-аминофенил)сульфонил]анилином

Нами были проведены реакции бензофуроксанов с известными лекарственными средствами. В качестве лекарственного препарата был выбран 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилин или Дапсон (лат. Dapsone).

Мы предполагали, что взаимодействие 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 с 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилином будет протекать аналогично реакциям с 4,4'-диаминодифениловым эфиром, и приводить в зависимости от условий к продуктам реакции состава 1:1 или 1:2. Однако нами обнаружено, что в результате реакций бензофуроксана 1 с Дапсоном образуется только продукт реакции 17 состава 1:1 (схема 7). Данный факт объясняется тем, что наличие в молекуле амина электронно-акцепторной SO2 группы снижает его активность, поэтому независимо от условий реакции и соотношения реагентов замещение проходит с участием только одной аминогруппы.

При взаимодействии 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана 2 с 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилином мы получили продукт 18 с высоким выходом (70%), содержащий два бензофуроксановых фрагмента (схема 7). Такое направление

реакции можно объяснить более высокой реакцибнной способностью бензофуроксана 2 по сравнению с бензофуроксаном 1.

При взаимодействии 5,7-дихл0ро-4,6-динитробензофуроксана 3 с Дапсоном легко происходит замещение обеих атомов хлора на молекулы Дапсона с образованием продукта 19 (схема 7).

Схема 7

Таким образом, в результате исследования реакций 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилина с бензофуроксанами 1-3 нами показано, что 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксан 1 и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксан 3 являются менее электрофильными в реакциях с Дапсоном, поэтому взаимодействие протекает с участием только одной аминогруппы, а 7-хлоро-4,б-динитробензофуроксан 2 более электрофильный, поэтому реакция осуществляется по обеим аминогруппам Дапсона.

5. Взаимодействие 4,б-дихлоро-5-нитробензофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксаиа с сульфаниламидами

Несмотря на широкое распространение и применение в медицине различных антибиотиков, до сих пор для лечения многих заболеваний, вызванных различными родами бактерий, применяют сульфаниламидные препараты. Ранее Галкиной И.В. и соавторами были проведены реакции 5.7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с различными сульфаниламидными препаратами, продукты этих реакций проявили противогрибковую и антибактериальную активность. Поэтому представлял интерес провести аналогичные реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана 2 с сульфаниламидами с целью выявления влияния строения бензофуроксана на направление реакции и биологическую активность конечных

продуктов. В качестве исходных соединений нами были выбраны Сульфадиметоксин, Стрептоцид и Сульфадимезин.

Нами показано, что в зависимости от экспериментальных условий (соотношение реагентов, использование акцепторов хлористого водорода) бензофуроксан 1 реагирует со Стрептоцидом с образованием различных соединений. При взаимодействии 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 со стрептоцидом в ДМСО при соотношении реагентов 1:2 в качестве основного продукта монозамещения образуется соединение 20а с выходом 82% (схема 8). Взаимодействие бензофуроксана 1 со Стептоцидом в соотношении 1:1 в присутствии бикарбоната натрия неожиданно привело к образованию продукта 21а. Важно отметить, что взаимодействием бензофуроксана 1 с сульфаниловой кислотой получить данный продукт не удалось. Строение соединения 21а было доказано с помощью ЯМР 'Н, ИК-спектроскопии и данных РСА (Рис. 4).

В результате реакций бензофуроксанов 1 и 2 с Сульфадиметоксином и Сульфадимезином получили с хорошими выходами продукты нуклеофильного замещения 206, в и 22а-в, соответственно (схема 7). Реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 с сульфаниламидами проводили в среде ДМСО, для реакций с 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксаном 2 в качестве растворителя применяли этанол, для связывания выделяющего в ходе взаимодействия реагентов хлористого водорода, использовали бикарбонат натрия.

Схема 8

Рис. 4 - Геометрия молекулы 21а в кристалле

6. Взаимодействие бензофуроксанов с полиеновыми антибиотиками

В последнее время особое внимание исследователей привлекает получение производных липосомальных Амфотерицина и Нистатина, которые могут значительно снизить токсичность, улучшить фармакокинетические свойства и увеличить стабильность антибиотиков. Нистатин и Амфотерицин В находят широкое применение при лечении многих грибковых заболеваний и являются относительно недорогими лекарственными препаратами. С целью получения новых полусинтетических производных полиеновых антибиотиков мы провели реакции Амфотерицина В и Нистатина с производными бензофуроксана и исследовали противогрибковую активность синтезированных производных. Мы предполагали, что введение МО-донорного бензофуроксанового фрагмента в молекулу препарата сохранит фунгицидную активность лекарства при минимизации токсических эффектов.

"Гибридные" соединения 23-25а,б были получены с помощью взаимодействия бензофуроксанов 1-3 с Амфотерицином В (а) и Нистатином (б) (схема 9). Структура хроматографически чистых соединений 23-25а,б была доказана с помощью ИК-спектроскопии, состав подтверждён с использованием данных элементного анализа.

Схема 9

7. Взаимодействие бензофуроксанов с аминоалкилиафталимидами

Интересной и актуальной задачей является синтез новых «гибридных» соединений на платформе 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана 2 и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана 3 в результате

их реакций с аминоалкилнафталимидами - потенциальными антибактериальными, противовирусными и противоопухолевыми препаратами.

Нами были проведены реакции бензофуроксанов 1-3 с различными алкиламинонафталимидами и с высокими выходами получены продукты 2б-28а-в (схема 10).

В качестве дополнительного фармакофора нами также были использованы аминоалкилтрифенилфосфоний бромиды, поскольку фосфорорганические соединения занимают значимое место во множестве синтетических биологически активных веществ.

Данное направление нашего исследования связано с адресной доставкой бензофуроксанов, выступающих в роли биологически активных фрагментов, в митохондрии с помощью аминов, содержащих трифенилфосфониевые фрагменты: 4-аминобутилтрифенилфосфоний бромид (а) и 10-аминодецилтрифенилфосфоний бромид (б). Линкерами в аминах были выбраны бутан и декан, поскольку уменьшение длины цепи приводит к ухудшению проникающей способности иона в мембрану.

В результате проведенных реакций электрофильных бензофуроксанов 1-3 с аминами (а, б) нами были синтезированы первые представители «гибридных» производных бензофуроксанов 29а, б, 30,31а, б (схема 11).

Схема 10

Рис. 5 — Геометрия молекулы 26а в кристалле

8. Взаимодействие бензофуроксанов с аминоалкилтрифенилфосфоний

бромидами

Важно отметить, что при взаимодействии бензофуроксана 3 с аминами (а, б), в зависимости от строения последних, образуются монозамещенный (316) или дизамещенный (31а) продукты реакции.

мня

—с4н

мня

40%

'-О

о-

а

9-

-с«Нм— —О» 6

Схема 11

9. Новый метод получения хлоробензодифуроксана

Из литературы известно, что производные бензодифуразана проявляют бактериостатические, фунгистатические и акарицидные свойства. Наилучшую биологическую активность проявил 4-хлоробензодифуразан. В связи с этим представляло большой интерес исследовать фунгистатическую и бактериостатическую активность замещённых бензодифуроксанов, например, 4-хлоробензодифуроксана 33. 4-Хлоробензодифуроксан 33 синтезировали в две стадии из 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана 1 (схема 12). На первой стадии провели азидирование хлора в положении 4 с помощью азида натрия и получили промежуточный продукт 32. На второй стадии реакции осуществили циклизацию азида с помощью уксусной кислоты. В результате реакции получили 4-хлоробензодифуроксан 33 с высоким выходом (70%). Структура соединения 33 подтверждена с помощью РСА (рисунок 6).

2Утл

°2Угл

Схема 12

сн3соон

р./

V

33 65%

Рис. 6 - Геометрия молекулы 33 в кристалле

10. Биологическая активность производных бензофуроксанов

10.1 Исследование биологических эффектов производных бензофуроксанов при помощи бактериальных биосенсоров

Некоторые синтезированные производные бензофуроксанов были протестированы на способность вызывать деструктивные эффекты с помощью бактериальных lux-биосенсоров. Данная работа выполнена сотрудниками лаборатории экспериментального мутагенеза и лаборатории промышленных микроорганизмов НИИ биологии Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Регистрацию биологических эффектов исследуемых соединений проводили при помощи бактериальных люминесцентных биосенсоров, которые содержат вектор pBR322, с кассетой генов luxCD ABE из Photorhabdus luminescens ZM1 под контролем индуцируемого промотора, а также природный люминесцентный штамм.

С помощью lux-биосенсоров были протестированы соединения 20а-в, 21а, 226, 22в, 23а, 236. Все исследованные производные бензофуроксанов не проявили заметной биологической активности в отношении повреждения ДНК как без, так и с метаболической активацией (биосенсор Е. coli MG1655 (pRecA-lux)), не вызывают окислительный стресс путём повышения внутриклеточного уровня супероксид-анион радикала и оксида азота (биосенсор Е. coli MG 1655 (pSoxS-lux)), а также перекисных соединений (биосенсор Е. coli MG 1655 (pKatG-lux)).

10.2 Противогрибковая и антибактериальная активность производных

бензофуроксанов

Учитывая тот факт, что все исследованные соединения не вызывают повреждения ДНК клетки, то есть не являются генотоксичными и токсичными, некоторые из полученных соединений были изучены на противогрибковую и антибактериальную активность совместно с сотрудниками лаборатории Химико-биологических исследований Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН.

При изучении противомикробной активности в качестве тест-объектов использовали следующие микроорганизмы: бакхлоронитерии Staphylococcus aureus 209р (S.a.), Escherichia coli F-50 (E.c.), Pseudamonas aeruginosa 9027 (P.a.), Bacillus cereus 8035 (B.C.), грибы Aspirgillus niger BKMF-1119 (A.n.), Trichophyton gypseum (T.g.), Candida albikans 855-653 (C.a.). В качестве веществ сравнения были взяты широко применяемые в медицинской практике Хлорамфеникол, антибиотик

широкого спектра действия; Кетоконазол, противогрибковый препарат; полиеновые антибиотики (Амфотерицин В и Нистатин).

Таблица 1 - Бактерио- и фунгистатическая активность, мкг/мл

Исследованное соединение Тестируемые микроорганизмы

Б.а. В. с. Е.с. Р.а. А. п. Т.Е. С. а.

но^о 4а о" 15,6 62,5 500 >500 >500 62,5 7,8

ОДИО^ NN '«чЖ^ч 106 о" 15,6 62,5 500 >500 >500 62,5 7,8

Н,^'4^ ^Чн 17 ^укл, 1 С|АЛд'0 о" 15,6 >500 >500 >500 >500 >500 >500

Амфотерицин С1 У0" >500 >500 >500 >500 250 62,5 15,6

Настгпш 236 с Ъ >500 >500 >500 >500 125 62,5 7,8

N0. Нистатин 1 лч » Нистатин >500 >500 >500 >500 >500 15,6 15,6

266 а 62,5 250 >500 >500 >500 31,3 15,6

29а о сг 125 250 500 >500 >500 50 3,9

,0 р-ы о' 62,5 125 125 250 500 62,5 62,5

Нистатин 125 62,5 1,9

Амфотерицин В >500 62,5 0,24

Хлорамфеникол 62,5 62,5 125 250

Кетоконазол 3,9 3,9

Бактериостатическое и фунгистатическое действие соединений наблюдали при задержке роста тест-микроорганизма в концентрациях, не превышающих 500 мкг/мл. В таблице 1 представлены минимальные ингибирующие концентрации некоторых из исследованных соединений. Обнаружено, что исследованные нами соединения обладают бактериостатическим и фунгистатическим действием в концентрациях от 500-3,1 мкг/мл, а противогрибковые свойства соединения 29а в экспериментах с дрожжеподобным грибом Candida albicans 855-653 сопоставимы с активностью известного противогрибкового препарата Кетоконазола.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Синтезированы новые производные 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана, содержащие в своем составе в качестве фармакофора фрагменты аминокислот: валина, лейцина, фенилаланина, гамма-аминомасляной и аминокапроновой кислот. Показано, что при взаимодействии аминокислотного производного бензофуроксана 4-(6-хлор-5-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил) масляной кислоты с нитратами аминоспиртов в зависимости от экспериментальных условий были получены амид с дополнительным NO-донорным фрагментом 4-(6-хлор-5-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил)-Ы-(2-нитроокси-этил) бутирамид и 6-хлор-5-нитро-4-(2-оксопирролидин-1-ил)бензо[с] [1,2,5] оксадиазол-1-оксид.

2. Найдено, что взаимодействие 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с различными N -нуклеофилами (аминоалкилнафталимидами, аминоалкилтрифенилфосфинами, 4,4'-диаминодифениловым эфиром, 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилином) приводят к образованию новых продуктов нуклеофильного замещения. Установлено, что в реакциях 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана с ароматическими диаминами, в зависимости от экспериментальных условий, образуются продукты состава 1:1 или 2:1.

3. Установлено, что в результате реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана и 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана с сульфаниламидными лекарственными препаратами (Стрептоцид, Сульфадиметоксин, Сульфадимезин) образуются продукты монозамещения атома хлора в бензофуроксановой платформе. Обнаружено новое направление реакции 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксан со стрептоцидом, приводящее к образованию 4-(5-хлор-7-нитро-1-окси-бензо[1,2,5]оксадиазол-4-ил)-бензилсульфоновой кислоты.

4. Впервые синтезированы «гибридные» соединения 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана, 7-хлоро-4,6-динитробензофуроксана и 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с полиеновыми антибиотиками (Амфотерицином В и Нистатином) и показано, что полученные соединения проявляют биологическую активность, сопоставимую с активностью исходных антибитиков.

5. Разработаны новые методы синтеза 4-хлорбензодифуроксана путем азидирования 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана.

6. Среди синтезированных соединений найдены вещества, которые проявили бактерио- и/или фунгистатическую активность, сопоставимую или превышающую соединения сравнения. Установлено, что «гибридное» соединение на основе 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана и Нистатина проявляет биологическую активность по отношению к Trichophyton gypseum, превышающую в 4 раза активность исходного Нистатина.

7. На основании результатов исследования генотоксичности синтезированных соединений при помощи бактериальных люминесцентных биосенсоров установлено, что эти соединения не проявляют заметной биологической активности в отношении повреждения ДНК и не вызывают окислительный стресс путем повышения внутриклеточного уровня супероксид-анион радикала и оксида азота.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных для размещения материалов диссертаций:

1. Тимашева (Мухаматдинова) Р.Э. Производные бис(4-аминофенилового) эфира, содержащие бензофуроксановые фрагменты / Р.Э. Тимашева, Е.А. Чугунова, Э.М. Гибадуллина, А.Р. Бурилов, С.В. Бухаров // Вестник Казан, технол. ун-та. - 2012. - Т. 15. - № 7. - С. 29-30.

2. Чугунова Е.А. Взаимодействие хлординитро- и дихлординитробензо-фуроксанов с 4-[(4-аминофенил)сульфонил]анилином / Е.А. Чугунова, Р.Э. Тимашева (Мухаматдинова), Э.М. Гибадуллина, А.Р. Бурилов, А.Д. Волошина, В.В. Зобов, М.А. Пудовик // Журнал общей химии. - 2012. - Т. 82. - № 9. - С. 1565-1566

3. Мухаматдинова Р.Э. Синтез новых производных аминокислот, содержащих бензофуроксановый фрагмент / Р.Э. Мухаматдинова, Е.А. Чугунова, Э.М. Гибадуллина, Р.Ф. Амиров, А.Р. Бурилов, С.В. Бухаров // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17 . - № 1. -С. 59-60.

4. Чугунова Е.А. Необычная реакция 4-[(3-карбоксипропил)амино]-6-хлоро-5-нитробензофуроксана с 1,2-динитратом 3-аминопропан-1,2-диола / Е.А.

Чугунова, Р.Э. Мухаматдинова, И.В. Серков, С.В. Харламов, А.Б. Добрынин, А.Р. Бурилов // Журнал общей химии. - 2014. - Т. 84. - № 8. - С. 1325-1328.

5. Chugunova Е.А. The Study of the Biological Activity of Amino-Substituted Benzofuroxans / E.A. Chugunova, A.D. Voloshina, R.E. Mukhamatdinova, I.V. Serkov, A.N. Proshin, E.M. Gibadullina, A.R. Burilov, N.V. Kulik, V.V. Zobov, D.B. Krivolapov, A.B. Dobiynin, R. Goumont // Letters in Drug Design & Discovery. - 2014. - V. 11. -1.4. -P. 502-512.

6. Чугунова E.A. Взаимодействие бензофуроксанов с аминоалкилтрифенилфосфоний бромидами / Е.А. Чугунова, Р.Э. Мухаматдинова, А.Р. Бурилов // Журнал общей химии. - 2015. - Т 85. - №5. - С. 872-875.

Материалы конференций:

7. Тимашева (Мухаматдинова) Р.Э. Синтез, генотоксичность и УФ-протекторная активность новых производных нитробензофуроксанов/ Р.Э. Тимашева, Чугунова Е.А., Э.М. Гибадуллина, А.Р. Бурилов, С.В. Бухаров // Открытый конкурс научных работ студентов и аспирантов им. Н.ИЛобачевского: сборник работ. -Казань, 2012.-С. 437-438.

8. Тимашева (Мухаматдинова) Р.Э. Синтез новых производных 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксанов/ Р.Э.Тимашева, Е.А. Чугунова, Э.М. Гибадуллина II VI Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев 2012»: сборник работ. - Санкт-Петербург, 2012-С. 118-119.

9. Тимашева (Мухаматдииова) Р.Э. Синтез новых аминопроизводных бензофуроксанов / Р.Э.Тимашева, Е.А. Чугунова, Э.М. Гибадуллина // Всероссийская школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием «ХимБиоАктив-2012»: сборник научных трудов. - Саратов, 2012 г. - С.131.

10. Chugunova Е.А. New derivates of amine-containing benzofuroxans as potential UV-protective compounds / E.A. Chugunova, M.A. Sazykina, E.M. Gibadullina, R.E. Timasheva (Mukhamatdinova), A.R. Burilov, I.S. Sazykin, V.A. Chistyakov // 6th International conference "Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles": book of abstracts. - Kharkiv, 2012. - P. 0-16.

11. Мухаматдинова Р.Э. Новые производные бензофуроксанов, проявляющие полифункциональную активность / Р.Э. Мухаматдинова, Е.А. Чугунова // Международный молодежный научный форум «Ломоносов-2013»: сборник научных трудов [Электронный ресурс] - М.: Макс Пресс, 2013. - 1 электрон, опт. диск (DVD-ROM).

12. Мухаматдинова Р.Э. Синтез новых полифункциональных производных 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана/ Р.Э. Мухаматдинова, Е.А. Чугунова, Э.М. Гибадуллина // XV Конференция молодых ученых и студентов - химиков Южного региона Украины: сборник работ. - Одесса, 2013. - С. 17.

13. Мухаматдинова Р.Э. Синтез новых биологически активных производных 4,6-дихлоро-5-нитробензофуроксана/ Р.Э. Мухаматдинова, Е.А. Чугунова, С.В. Бухаров, А.Р. Бурилов // Международное сотрудничество в области химии и химической технологии: образование, наука, производство. Сборник материалов международной научной школы КНИТУ. - Казань, 2013г. - С.90-91.

14. Chugunova Е. Design of new multi-functional NO-donor benzofuroxans / E. Chugunova, A. Voloshina, R. Mukhamatdinova, I. Serkov, N. Kulik, V. Zobov, A. Burilov // Sigma-aldrich young chemists symposium: book of abstracts. - Italy, 2013. -FC-2.

15. Chugunova E. Novel benzofuroxan derivatives, possessing multifunctional activity / E.A. Chugunova, A.D. Voloshina, R.E. Mukhamatdinova, I.V. Serkov, A.N. Proshin, E.M. Gibadullina, A.R. Burilov, N.V. Kulik, V.V. Zobov, R. Goumont // The 24th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress (24th ISHC-Congress): book of abstracts. - China, 2013. - Poster- 185.

16. Мухаматдинова Р.Э. Синтез производных бензофуроксана - платформы для создания новых лекарственных препаратов / Мухаматдинова Р.Э., Чугунова Е.А., Бухаров С.В., Бурилов А.Р. // Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием КНИТУ: сборник материалов конференции. - Казань, 2014.-Т. 2-С. 203-206.

17. Chugunova Е. Design of the new multi-functional NO-donor benzofuroxans, a platform for the development of advanced drugs / E. Chugunova, A. Voloshina, R. Mukhamatdinova, N. Kulik, V. Zobov, A. Burilov, R. Goumont // XVI конференция молодых учёных и студентов-химиков южного региона Украины с международным участием: сборник работ. - Одесса, 2014. - С. 27.

Соискатель

Мухаматдинова Р.Э.

Подписано в печать 09.07.2015 г. Формат 60x84 7ц . Объем 1.5 печл. Бумага офсетная. Заказ № 430. Тираж 120 экз. Отпечатано в типографии ООО "ИПК "Брнг** г. Казань, ул. Академическая, д.2, Тел./факс: (843) 537-91-63