Дизайн и синтез новых модификаторов ингибиторов нейраминидазы на основе R-карвона, L-винной кислоты и хлорциклопентенонов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Халикова Гуллира Мазгаровна

ДИЗАЙН И СИНТЕЗ НОВЫХ МОДИФИКАТОВ ИНГИБИТОРОВ НЕЙРАМИНИДАЗЫ НА ОСНОВЕ К-КАРВОНА, Ь-ВИННОЙ КИСЛОТЫ И ХЛОРЦИКЛОПЕНТЕНОНОВ

02.00.03 - Органическая химия

1 8 АПР ¿шз

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Уфа-2013

005052076

005052076

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук и в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет».

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Гималова Фануза Арслановна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор Абдрахманов Ильдус Бариевич

кандидат химических наук, доцент Ямансарова Эльвира Талгатовна

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Рогсийской академии наук

Защита диссертации состоится 12 апреля 2013 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 002.004.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук по адресу: 450054, Уфа, проспект Октября, 71, зал заседаний; e-mail: chemorg@anrb.ru, факс: (347) 2356066.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимского научного центра РАН.

Автореферат разослан 1 марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вирусные заболевания, в особенности, грипп, представляют серьезную угрозу для человечества из-за возможностей пандемий и летальных исходов. Особую опасность для здоровья людей представляют распространенные в последнее время штаммы вируса гриппа H1N1 (свиной грипп) и H1N5 (птичий грипп). В настоящее время среди препаратов против гриппа безусловными лидерами являются используемые на практике озельтамивир (известный под торговым названием Тамифлю), а также производные циклопентанкарбоновой кислоты Перамивир и пирролидина А-315675, являющиеся ингибиторами нейраминидазы.

Из-за высокой частоты мутации вируса гриппа необходимо создание новых эффективных препаратов для лечения этой болезни. Поэтому разработка практичных синтезов известных антивирусных соединений на основе доступных ахиральных и оптически активных исходных, а также поиск новых перспективных изостерных аналогов является актуальной задачей.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОХ УНЦ РАН по теме: «Дизайн и направленный синтез органических молекул с заданными свойствами» (номер государственной регистрации 0120.0801447), программой Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе», а также при финансовой поддержке РФФИ-Поволжье (проект №11-03-97013 р_а) и ФЦП Министерства образования и науки «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (госконтракт №14.740.11.0367), грант правительства РБ «Синтез и дизайн карбоциклических ингибиторов нейраминидазы - потенциальных антивирусных средств».

Цель работы. Синтез новых соединений, сочетающих в структуре фармакофорные элементы известных ингибиторов нейраминидазы, на основе R-карвона, L-винной кислоты и хлорциклопентенонов.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

• синтез предшественников Тамифлю на основе R-карвона;

• разработка синтезов нового ациклического аналога Тамифлю и функционализированных пирролидонов из L-винной кислоты;

• получение азотсодержащих кросс-сопряженных циклопентено-нов на основе трихлорциклопентенов.

Научная новизна и практическая значимость.

На основе R-карвона разработан оригинальный и практичный путь получения хирального циклогексенового блока - метил (4R,6R)-6-mapoKCH-4-(проп-1-ен-2-ил)циклогекс-1-ен-карбоксилата.

Внутримолекулярной циклизацией ключевого (45,55)-4-метокси-карбонил-5-бромметил-2,2-диметил-1,3-диоксолана действием ГМДС-Na в

ТГФ синтезировано новое хиральное производное дигидроксициклопропана - метил-( lS,5R)-3,3-диметил-2,4-диоксабицию1о[3.1.0]гексан-1 -карбоксилат.

Разработан практичный стереоселективный one pot синтез ключевого мстил (45,55)-3-(2,2-диэтил-5-(гидроксиметил)-1,3-диоксолан-4-ил)-2£-

метилакрилата окислением (4£,55)-2,2-диэтил-4,5-быс-гидроксиметил-1,3-диоксолана пиридинийхлорхроматом и последующим взаимодействием образующегося ацеталя с 1-метоксикарбонилметшшдентрифенилфосфораном.

Изучены реакции восстановительного раскрытия кетальной функции метил (45',55)-3-(2,2-диэтил-5-гидроксиметил-1,3-Диоксолан-4-ил)-2Е-метил-акрилата и его гидроксизащшценных производных системой Et3SiH—TiCl4; обнаружена исключительная региоселективность в случае 5-метан-сульфонилпроизводного.

На стадии введения в структуру (25,3^)-5-метоксикарбонил-2-гидрокси-3-(пент-3-илокси)гекс-4£-енилметансульфоната аминной функции реакцией замещения Ms-группы азид-анионом обнаружено протекание тан-демной реакции образования производного пирролидина - метил 2-[(35,4S)-4-гидрокси-3-(пент-3-илокси)пирролидин-2£-илиден]пропаноата.

Синтезирован секо-аналог Тамифлю - этил (45)-5-амино-6-ацетамидо-2-метил-4-(пент-3-илокси)гекс-2Е-еноат.

Структурно-ориентированным дизайном базисных 2,3-Дихлор- и 2,3,5-трихлор-4,4-этилендиоксициклопент-2-ен-1-онов получены представляющие фармакологический интерес новые азотсодержащие кросс-сопряженные цик-лопентеноны.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химии. Теория и практика» (Уфа, 2010), V Всероссийской конференции студентов и аспирантов, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова «Химия в современном мире» (Санкт-Петербург, 2011), VIII Республиканской конференции молодых ученых «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» (Уфа, 2011), Международной конференции «Возобновляемые лесные и растительные ресурсы: химия, технология, фармакология, медицина» (Санкт-Петербург, 2011), I Республиканской конференции молодых ученых «Химия в интересах человека» (Уфа, 2011), Международном конгрессе по органической химии, посвященном 150-летию теории Бутлерова (Казань, 2011), Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2011), VI Всероссийской конференции по химии "Менделеев-2012" (Санкт-Петербург, 2012), XV Молодежной школе-конференции по органической химии (Уфа, 2012), Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012), Международном симпозиуме по органическому синтезу "13th Belgian Organic Synthesis Symposium BOSS ХПГ' (Бельгия, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых журналах и тезисы 12 докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков и 2 таблицы, состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы, включающего 118 наименований.

Соискатель выражает признательность д.х.н., проф. Мустафину Ахату Газизьяновичу за неоценимую поддержку, оказанную при выполнении работы, и д.х.н., проф. Мифтахову Мансуру Сагарьяровичу за постоянное внимание и помощь при выполнении и оформлении работы.

Одно из перспективных направлений в создании антивирусных средств - это дизайн и синтез ингибиторов нейраминидазы - фермента, расположенного на поверхности вирусной частицы и ответственного за расщепление терминальных сиаловых кислот гликопротеинов, промотирование выделения созревших вирусных частиц от зараженной клетки и дальнейшего распространения инфекции. В плане поиска новых антивирусных средств в работе были запланированы синтезы соединений, сочетающих в структуре фарма-кофорные элементы известных ингибиторов нейраминидазы Тамифлю, Пе-рамивира и А-315675.

Тамифлю (озельтамивир), имеющий функционализированный цикло-гексеновый каркас очень активен в отношении вирусов гриппа А и В, эффективен при пероральном приеме. Недавно было показано, что циклопентано-вое производное Перамивир также является мощным и селективным ингибитором нейраминидазы. Новый ингибитор нейраминидазы пирролидинового ряда А-315675 - высокоактивный и пригодный для перорального применения в виде пролекарства эфира или кислоты.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

со2н

Тамифлю

Перамивир

А-315675

Рис. 1. Структуры известных ингибиторов нейраминидазы

В развитых подходах к подобным структурам в данной работе базисными исходными выбраны коммерчески доступные и дешевые Я-(-)-карвон и Ь-винная кислота, широко используемые в направленном синтезе в качестве хиральной матрицы.

1. Блоки и синтез аналогов Тамифлю 1.1. Подходы из К-карвона

стереоселекгивное восстановление

Я-(-)-карвон привлек наше внимание как хорошо подготовленный функционализированный циклогексеновый блок с просматриваемыми возможностями легкого введения необходимых О-, ^функций.

С целью создания функционализирован-ных а,Р-непредельных циклогексенкар-боновых кислот мы исследовали реакции 8е02-окисления цис-карвеола 1 и производного от него бицикла 2 (схема 1).

окисление по Байеру-Вилли геру

аллильное окисление

окислительное расщепление

Схема 1

Реакции с БеОг проводили кипячением в толуоле эквимолярных количеств субстрата и реагента. При этом если в случае цис-карвеола наблюдалось образование сложной смеси продуктов, то реакция бицикла 2 с 8е02 протекала гладко и привела к двум основным продуктам - альдегиду 3 и первичному спирту 4. Последние были выделены в индивидуальном виде колоночной хроматографией на 8Ю2. Соотношение соединений 3 и 4 меняется от опыта к опыту от 2:1 до 1:2. Далее альдегид 3 окислением по Кори превратили в метиловый эфир 5.

С02Ме

КСЫ, Мп02

АсОН, МеОН 47%

5 7

Это же соединение было получено и из спирта 4 окислением реагентом Джонса с последующим метилированием СН2Т\12 полученной кислоты 6 (схема 3). Промотируемая Тп рециклизация с генерированием изопропенильной функции вначале была апробирована на примере иодоспирта 4, а затем и для эфира 5 с получением соответствующих диола 8 и целевого блока 7 - ключевого соединения в синтезе аналогов антивирусного средства Тамифлю.

Схема 3

,он со2н

НО.

гп,Е10н А, 86 %

Н2СЮ4

СН2Ы2

МегСО, 0-20 °С 75 %

ш.2о

93%

1.2. Подходы из Ь-винной кислоты

Винная кислота является дешевым и доступным хиральным исходным в органическом синтезе. Трудности в его использовании возникают на этапе дифференциации симметричных карбоксильных и гидроксильных групп. В развиваемых подходах к ингибиторам нейраминидаз мы запланировали синтез ключевого блока 9 из 2,3-ацетонида диметилового эфира Ь-(-)-винной кислоты 10 с участием эфира 11.

Схема 4

Для осуществления этой цели вначале восстановлением 10 КаВЩ в МеОН получали смесь гидроксиэфира 12 и диола 13, разделенных колоночной хроматографией на 8Ю2. Моноэфир 12 через тозилат 14 или напрямую

действием СВг4-РРЬ3 в МеШ трансформировали в бромид 15. Щелочным гидролизом бромэфир 15 превращали в кислоту 16 и далее действием окса-лилхлорида в хлорангидрид 17.

Схема 5

МеОгС

V 10

С02Ме Ме02С

1ЫаПН4, МеОН

СН2ОН НОН2С^ ^СН2ОН О^ О + О. Р

р-ТяС!

Ру, 0°(>^или

-ХПг4, РРЬ, МеСМ, 62%

12

X

13

О

14, й = ОТ»

15, И = Вг

ОМе КОН, МеОН Я 67%

■рглвг, Е^СО, 83%

X]

ОН (соа^А у С1

17

Соединение 17 вводили в конденсацию с Ы-производным тетрагидро-пиранилового эфира пропаргилового спирта 11, генерированным действием п-Ви1л при -78°С в течение 5-10 мин (схема 6), что привело к получению бромкетона 18.

Внутримолекулярную эндо-диг-радикальную циклизацию полученного ацетиленового производного 18 предполагалось осуществить с помощью п-ВизБпН в присутствии АИБН в кипящем толуоле, что должно было привести к целевому блоку 9. Однако в этих условиях образование желаемого продукта циклизации 9 не происходило (схема 6).

Схема 6

17

НС-ЕЕ- ССН2ОТНР

п-Ви1л, ТНР, -78 С 40%

1Р Ч/ ""I

ОТНР

Следует отметить, что соединение 18 в смеси с аномальным циклопропаном 19 образуется также в реакции Ы-производного ТТЛ-эфира 11 с бро-мэфиром 15.

Схема 7

НС=С—СН2ОТНР п-ВиЦТНР

Полагая, что образованию 19 предшествует стадия енолизации 15 действием 1Л-производного ТГП-эфира 11, мы испытали бромэфир 15 на предмет циклозамыкания в стандартных условиях енолизации сложных эфиров. В результате получили новое хиральное производное дигидроксициклопропана 20 (схема 8).

Схема 8

1.1 ед. НМ08-№

ОМе ТГФ, -78°С -> 20°С 60%

ОМе

Функционализированные производные гидроксицикпопропана представляют интерес как связующие элементы и блоки в направленном синтезе. Здесь уместно упомянуть широко используемую в синтезе реакцию Кулин-ковича (превращение ЯС02Ме в Я'-циклопропанол).

Стереохимия вновь образующегося хирального центра соединения 20 контролируется не затрагиваемым в ходе замыкания цикла центром С в бромиде 15, поскольку образование соединения топологии бицик-ло[3.1.0]гексана с транс-сочленением колец крайне неблагоприятно. Структура соединения 20 доказана по данным спектров ЯМР 'Н и 1 С. Так в спектре ПМР наблюдаются сигналы протонов СН2 циклопропанового кольца в виде дублета дублетов при 1.47 м.д. с У 3.2 и 6.5 Гц и дублета при 1.74 м.д. с ./ 5.6 Гц, а также протона у С5 в виде дублета дублетов при 4.30 м.д. с J 3.4 и 5.2 Гц.

1.3. Синтез ациклических аналогов Тамифлю

Этот раздел посвящен синтезу нового ациклического секо-аналога Тамифлю - соединения 21. Подход к 21 разрабатывали на основе диметилового эфира Ь-(-)-винной кислоты (схема 9).

Полученный кипячением диметилового эфира Ь-винной кислоты с пентаноном-3 в бензоле в присутствие вии р-ТвОН (кат.) кеталь 22 восстановили ЫА1Н4 до диола 23. Следующая реакция окисления 23 пириди-нийдихроматом достаточно селективна и останавливается на стадии образования полуацеталя 24. Последний без очистки вводили в реакцию Виттига с фосфораном 25, что сте-реоселективно привело к а,р-непредельному эфиру 26.

АсЮГ

26, Л=Н Л 'ВиРЬ^Ю,

27,Я-8;РЬ2Ви1^ СН2С12,1т, 75%

Для формирования диаминной части 21 базисной блок 26 мезилирова-ли и обработкой полученного мезилата 28 в смеси ЕЮН-Н20 получили азид 29а.

Схема 10

Далее изучена катализируемая Рс1/Ва804 реакция восстановления азидов 29а и 296 водородом. Реакция восстановления 296 протекает гладко с образованием амина 306, ацетилированием которого АсС1 в Ру получен амид 316. При продолжительном гидрировании соединения 29 возможно и частичное восстановление двойной связи, например, для 29а после гидрирования в течение 10 ч и последующего ацетилирования была выделена смесь ацетатов 31а и 32.

Схема 11

29а, Я=Ме 30а, Я'-Н, ]1=Ме 32

295, Н=Е1 306, ¡Г-Н, К-Рл

31а, Я-Ас, Я=Ме 316, Я'=Ас, Я-Е1

Схема 12

Попытка восстановления азида 29а до соответствующего амина 30а действием РРЬ3 не удалась, реакция остановилась на стадии образования

иминофосфорана 33.

Реакция раскрытия диоксоланового цикла амида 31 в присутствии системы Е138ПЗ - ТЮ4 приводит с хорошим выходом к гидроксиамиду 34, продукты внутримолекулярной циклизации не обнаружены. Структура соединения 34 под-ьсо2ме тверждена получением кетона 35.

ррь3 тгф - н20, 52%

рь3р-к

Схема 13

АсНК

АсТГЫ Ме'

36

АсГОГ Ме 21

СО,Ме

На завершающем этапе из спирта 34а по Мицунобу взаимодействием с сукцинимидом в присутствии трифенилфосфина и диэтилового эфира азоди-карбоновой кислоты получили промежуточный амид 36, который без дальнейшей очистки действием гидразингидрата перевели в целевой аналог 21 (смесь диастереомеров в соотношении 4:1).

2. Дизайн и синтез новой серии пирролидинов из Ь-винной кислоты.

В работе также планировалась разработка гибридного типа соединений, сочетающих в структурах фармакофорно-значимые заместители и фрагменты Тамифлю и А-315675 1,3-диполярной «азид-олефин» - циклизацией ациклических азидов, полученных из 29 (азид 29 не циклизуется). На

этом пути исследовали реакции восстановительного раскрытия диоксолано-вого кольца в блоках 26 и 27 указанной выше системой Е^'Н - Т[С14.

Схема 14

37, R — Н (54%) 38,R=H

39, R = SiPhjBu' (60%) 40, R = SiPhjBu'

Эта реакция протекала гладко и в случае 26 привела к диолам 37 и 38 в соотношении -3:2. Селективность на этой стадии удалось несколько улучшить введением в реакцию с Et3SiH силилового эфира 27, при этом соотношение образующихся соединений 39 и 40 составляло 2:1.

Отнесение региоизомерных диолов 37 и 38, с ил ил производных 39 и 40 подтверждено спектральными данными, а также превращением соединения 40 в однозначно интерпретируемый по спектрам енон 41 окислением системой PhI(OAc)2 - TEMPO (кат.) (схема 15).

Схема 15

Далее в реакциях раскрытия диоксоланового цикла испытали мезилат 28, полученный из спирта 26 выдерживанием в смеси МяО-Ру. При этом в указанных выше условиях раскрытия диоксоланов 26 и 27 наблюдалось образование единственного продукта - соединения 42 с высоким выходом (95%) (схема 16).

На стадии введения в структуру соединения 42 аминной функции реакцией замещения Мв-группы азид-анионом наблюдалась интересная реакция образования производного пирролидина 43. Маслообразное соединение 43 при хранении медленно превращается в малополярные на силикагеле продукты, также нестабилен и его ацетат 44. Указанная геометрия двойной связи в 43 подтверждена МЭЕ-экспериментом: при облучении протонов винильно-го СН3 обнаруживается >ЮЕ-эффект (2.0%) для протона С3 -Н.

СОзМе

28 « 43, Я-1П Ас 0, Ру, 40%

С целью оценки возможных направлений «кооптирования» карбока-тиона внутренним и внешним нуклеофилами была также исследована реакция раскрытия азида 29 с помощью системы ТлСЦ-^зБЩ. Эксперимент показал толерантность азидной группы 29 в условиях ионного гидрирования, образовался лишь продукт восстановления карбокатиона внешним нуклео-филом (Е^^Н) - соединение 45.

Азид 45, в отличие от 29, со временем (48 ч) трансформировался в экзо-метиленпирролидин 43. Выдерживанием 43 в среде АсС1 - Ру получен функ-ционализированный пиррол 46. Это соединение оказалось оптически активным. Определение энантиомерной чистоты применением хирального сдвигающего реагента (-)-камфората европия показало энантиомерное соотношение, равное 7:6, т.е. наличие небольшого избытка одного из энантиомеров.

Схема 17

Е^Н, Т1С14

СН2С12,60% Ме'' ^СО,Ме

29

СО,Ме

КГН

АсС1,Ру

50%

46

Как видно, в 43 имеются два хиральных центра и в ходе превращения 43 в 46 оба эти центра «уничтожаются». Если допустить, что дегидратация и сдвиг двойных связей происходит по пути а, то происходит полная потеря оптической активности.

активности)

Сохранение оптической активности возможно по пути б аллилыюй перегруппировкой промежуточных соединений 47 или 48. В обоих случаях ал-лильная перегруппировка (перенос Н) согласованный супраповерхностный процесс и должна протекать с сохранением оптической активности (схема 18). Таким образом, образование скалемического соединения 46 свидетельствует о несколько преобладающем протекании реакции по пути б.

Следует отметить, что введение в реакцию с КаК3 бис-мезилата 49, полученного мезилированием соединения 42, привело также к образованию пирролидина 50 и пиррола 51 с выходами 37% и 38% соответственно.

Схема 19

Вариант использования азид-аниона в качестве внешнего нуклеофила для генерируемых из эпоксида 52 карбокатионов показан на нижеприведенной схеме 20.

Пирролидоновое производное 43 образуется также из эпоксида 52, полученного из мезилата 42, в стандартных условиях раскрытия эпоксидов азид-анионом, наряду с минорным оксазетидином 53, которая неразделима на БЮг от исходного эпоксида 52. Ацилированием и последующей хромато-графической очисткой этой смеси был получен индивидуальный ацетат 54. Раскрытие цикла 54 нагреванием в водно-этанольном растворе №Т4С1 дает гидроксиацетат 55, структура которого допольнительно подтверждена также окислением до кетона 56 (схема 20).

М!0 > 42

52 + 53

ОМР-Н20, Л | || Ме2СО, 56%

С02Ме АсО' Ме^ "ТОаМе АсО' Ме^

55 (26%) 56

Образование оксазетидина 53, видимо, связано частичным протеканием реакции внутримолекулярной циклизации первично генерируемого интерме-диата А в В с последующим выбросом N2 (схема 21).

Схема 21

Особый интерес представляет обнаруженная нами необычная реакция восстановительной дециклизации пирролидина 43, протекающая в среде СРзСООН-ЮТ (схема 22).

Схема 22

СР,СООН-ТНК

МН затем КаОН ац„ о44 38%

С02Ме 43

Ме' С02Ме

52

Согласно ТСХ, при прикапывании к охлаждаемой до 0°С смеси ЮТ-СБ3СООН (10:1) раствора соединения 43 в ТТЛ3 наблюдается быстрое образование нового продукта, который в ходе нейтрализации водным ЫаОН (рН>8) гладко превращается в сильно полярный продукт - эпоксид 52. Спектральные характеристики и значения совпадают с таковыми аутетичного образца 52, полученного по схеме 20. Возможные пути образования 52 не понятны. Подобных прецедентов в литературе не обнаружено.

Таким образом, на основе Ь-винной кислоты синтезированы содержащие аминную и 3-пентилоксигруппы ациклические предшественники известного антивирусного соединения Тамифлю, а также представляющие фармакологический интерес производное пирролидина 43 - возможный био-изостер А-315875.

3. Синтезы на основе производных хлорциклопентенонов

В плане структурно-ориентированного дизайна и конструирования новых соединений среди представителей антивирусных карбоциклов нами выбраны упомянутые выше и используемые на практике ингибиторы нейрами-нидазы Тамифлю и Перамивир, а также синтезированные в нашей лаборатории высокоактивные против вируса пасленовых культур и табачной мозаики полигетерофункционализированные производные хлорциклопентенонов 57-

Базисными исходными выбраны ранее полученные из гексахлорцикло-пентадиена представители оригинальной серии трихлорциклопентенонов 61. Предпосылками для постановки поисковых работ явилось и то, что синтезированное из хлорциклопентенона 61а соединение 60 показало высокую активность в отношении к вирусу H1N1.

59.

о

"OPtl

п

О

61 а, R = CI 12СН=СН2 «1«, И = СН-С«СНг 61в, R = СМе2СН=СН2

61г, Х=С1, 66, Х=Н

Поэтому на примере некоторых представителей 61 и производных изучена функционализация кольцевых углеродных центров с тем, чтобы выявить важные для проявления биологической активности сигнатуры. Так, для последующего биотестирования по аналогичной для соединения 60 методике (Ж.орг. химии, 2007, т.43, вып.7, с.987) были синтезированы производные 6265 - новые конъюгаты трихлорциклопентенонов 61г,в с Ь-метионином, Б-лейцином и О-валином (схема 23).

Схема 23

Также по реакции хлорциклопентенонов 66 и 61а с генерируемыми из С82 и аминов (морфолин, а-метилбензиламин) под действием КаН соответствующими натриевыми солями аминокарбодитиолатов получены новые ди-тиокарбаматные производные 67-69 (схема 24).

На основе хлорциклопентенононов 61 г и 66 планировалось также разработать структуры, содержащие наиболее значимые фармакофорные элементы соединений 57-60. В частности, усилия были направлены на введение в структуры 61г и 66 аминофункций с генерированием фрагмента енамино-хлорвинилкетона, присутствующего в 57-60, создание системы а,р-непредельного карбоксила, как в Тамифлю, 57 и др. С целью введения амино-и карбоксифункций изучены реакции 61г и 66 с С- и N-нуклеофилами.

Для введения карбоксифункций в структуры 61г и 66 использовали реакции с Li-производным этилацетата, при этом с хорошими выходами (-74%) получили гидроксиэфиры 70 и 71а,b соответственно. Диастереомерные хлор-гидрины 71а и 71Ь образуются в соотношении 2:1, что определено по интенсивности синглетных сигналов СНС1 в спектре ЯМР 'Н смеси. Отнесение основано на различиях в сдвигающем влиянии на СНС1 вицинального атома О гидроксильной группы: из-за эффекта транс-влияния атом Н в 71Ь резонирует в более слабом поле. В чистом виде основной транс-хлоргидрин 71а выделили колоночной хроматографией на Si02, а индивидуальный цис-хлоргидрин 71Ь получили катализируемой 10% водной H2S04 изомеризацией смеси 71а+71Ь. В этих достаточно мягких условиях диоксолановая защитная группа 71а устойчива, изомеризация 71а->71Ь, очевидно, происходит через третичный карбониевый катион А. Движущая сила процесса - образование

термодинамически более устойчивого, стабилизированного внутримолекулярной Н-связью соединения 71Ь (схема 25).

Схема 25

Исчерпывающий гидролиз диоксолановой защитной группы 70 и 71а,b удается при выдерживании их в среде 98% H2S04 при 0°С и приводит к гид-роксикетонам 72 и 73 соответственно, а также продукту дегидратации - дие-нону 73 в случае соединения 70 (схема 26). Как видно, в ходе гидролиза 71а,b происходит заметное увеличение доли цис-хлоргидрина 74Ь в сравнении с содержанием 71Ь в исходной смеси.

Схема 26

74а 5:4 74Ь

Метиловый эфир 76 получили взаимодействием дихлорциклопентено-на 66 с метоксикарбонилметилидентрифенилфосфораном и последующим

гидролизом образующегося соединения 75. В аналогичных для 66 условиях трихлоркетон 61г не реагировал с указанным фосфораном, очевидно, из-за стерических ограничений. Принятая для 73 и 76 Е-конфигурация двойной связи следует из соображений пространственной затрудненности, а также наличия малой константы взаимодействия винильного Н с метиленовым протоном кольца, равной 1.7-1.8 Гц, и отсутствие КЮЕ-эффекта между ними.

-СО,Мо ,ССЬМе

Кроме того, фотоизомеризацией 16-Е был получен изомер 76-7 в смеси с 76-Е. Как видно из спектральных данных, винильный атом Н в 76-Е испытывает сдвигающий в слабое поле эффект близлежащего атома С1. Сдвиг в слабое поле метиленового углерода в 76-7 связано ослаблением эффекта сте-рического сжатия в сравнении с 76-Е.

единений 72-76 были испытаны ]Ч-нуклеофилы: амины, азид-

реакцин алкилирования, ^ , ^

76-Е 76"г

Как видно из структуры, синтетический потенциал дихлорциклопенте-нонов 73 и 76 достаточно широкий и ряд возможных вариантов их функцио-нализации показан ниже.

В реакциях АсУЕ-замещения со-

реакции по карбонилу г

и

реакции а.и.«ли[дл1лпи111 -

аяьдольной конденсации аНИОН, 1ЧНз И аМИНОКИСЛОТЫ. Ре

акция соединения 76 с №N3 в с,' . ТГФ протекала гладко с образо-

оеакпин V ванием ожидаемого продукта

* - — реакции эпоксидирования, 1

А^замещения сопряженного присоединения ЗамеЩвНИЯ 77. В СТаНДарТНЫХ

условиях восстановления 77 РРЬ3 получили стабильный иминофосфаран Штаудингера 78. В то же время прямая реакция 76 с ЫН3 в ТГФ с умеренным выходом привела к амину 79 (схема 27).

,СО,Мв

Взаимодействие с аминами соединений 72-76 осуществляли в стандартных условиях ТЧ-кетовинилирования. Производное дихлорциклопентена 75 гладко реагировало с морфолином и этаноламином в растворе бензола с образованием продуктов замещения наиболее активированного винильного С1 в сопряженной системе диеноата — соединенияй 80 и 81.

Схема 28

Аналогичные реакции дихлорциклопентенона 73 с морфолином и ди-этиламином привели к продуктам Ас^Е-замещения 82 и 83. Как видно, в этом случае регионаправленность реакции контролировалась кетофункцией, сопряженной с двойной связью цикла. Гидролиз кеталей 80 и 81 требует приложения исключительно жестких условий, например, превращение 80—>84 происходит лишь в среде концентрированной Н2804.

Реакции 72 и 76 с метионином и диэтиламином в МеОН вместо ожидаемых КГ-производных привели к енолэфирам 85 и 86. С гуанидином соеди-

нения 72 и 76 не реагировали, в то же время в упрощённом варианте из 61г аддукт 87 был получен с приемлемым выходом (55%).

Схема 29

МеОН, 21% /

С1 86

Осуществить прямую реакцию 76 с аминокислотами также не удалось. Конъюгаты 90, 91 с Ь-метионином и О-лейцином были получены «обходным» путем, исходя из базисного соединения 66 по нижеприведенной схеме 30. Вначале взаимодействием дихлоркетона 66 с метиловым эфиром Ь-метионина или Б-лейцина были синтезированы соединения 88, 89 соответственно, кислотный гидролиз которых в системе НС1-МеОН приводит к дике-тонам, реакцией Витгига которых с метоксикарбонилметилидентрифенил-фосфораном в СН2С12 получены целевые соединения 90, 91.

Схема 30

СОгИе

Таким образом, в результате целенаправленного модифицирования базисных хлорциклопентенононов 61г и 66 получены представляющие фармакологический интерес соединения 76-91.

ВЫВОДЫ

1. Исходя из R-карвона получен хиральный циклогексеновый блок-синтон - метил (4Я,6Я)-6-гидрокси-4-(проп-1 -ен-2-ил)циклогекс-1 -ен-карбокси-лат для синтеза аналогов Тамифлю.

2. Промотируемой ГМДС-Na внутримолекулярной циклизацией метил (45,55)-5-бромметил-2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-карбоксилата получен метил (15,5Л)-3,3-диметил-2,4-диоксабицикло[3.1.0]гексан-1-карбокси-лат - многоцелевой разнотипно функционализированный хиральный циклопропановый блок-синтон.

3. Изучена реакция восстановительного раскрытия диоксоланового цикла (45,55)-метил-3-(2,2-диэтил-5-гидроксиметил-1,3-диоксолан-4-ил)-2Е-метил-акрилата и его производных действием системы Et3SiH — TiCl4. Установлено, что исключительная региоселективность раскрытия наблюдается в случае его 5-метансульфонилпроизводного.

4. Синтезирован ациклический аналог Тамифлю - метил 6-ацетамидо-5-амино-2-метил-4-(пент-3-илокси)гекс-2£-еноат.

5. Показано, что генерируемые из (25,35г)-5-(метоксикарбонил)-2-гидрокси-3-(пент-3-илокси)гекс-4£-енилметансульфоната азиды претерпевают внутримолекулярную «азид-олефин» циклизацию с образованием метил 2-[(35,45)-4-гидрокси-3-(пент-3-илокси)пирролидин-2£-илиден]пропаноата, пригодного для последующей трансформации в аналоги антивирусного пирролидинового соединения А-315875.

6. Для метил 2-[(35,45)-4-гидрокси-3-(пент-3-илокси)пирролидин-2Е-илиден]пропаноата найден инициируемый CF3COOH необычный каскад рециклизационных превращений с образованием метил 2-метил-4-((5)-оксиран-2-ил)-4-(пент-3-илокси)бут-2£-еноата.

7. На основе целенаправленного модифицирования базисных 2,3-дихлор- и 2,3,5-трихлор-4,4-этилендиоксициклопент-2-ен-1-онов получены представляющие фармакологический интерес новые азотсодержащие кросс-сопряженные циклопентеноны.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Халикова Г.М., Гималова Ф.А., Егоров В.А., Мифтахов М.С. Новый хиральный дигидроксициклопропановый блок из L-винной кислоты // Журн. орг. химии. - 2011. - Т. 47. - Вып. 9. - С. 1412-1413.

2. Егоров В .А., Халикова Г.М., Гималова Ф.А., Грачев A.A., Мифтахов М.С. Новые N-,S-np0H3B0flHbie хлорциклопентенонов // Журн. орг. химии. - 2011. - Т. 47. - Вып. 3. - С. 373-376.

3. Гималова Ф.А., Халикова Г.М., Торосян С.А., Ахметшина Д.З., Мифтахов М.С. Хиральный циклогексеновый блок из R-(-)-Kapnona // Журн. орг. химии.-2012.-Т. 48.-Вып. 2.-С. 194-196.

4. Victor A. Egorov, Fanuza A. Gimalova, Gullira M. Khalikova, and Mansur S. Miftakhov. Design and synthesis of novel polyheterofunctionalyzed cyclopentenones // Tetrahedron. - 2012. - V. 68. - P. 7122-7128.

5. Халикова Г.М., Гималова Ф.А., Егоров B.A., Мифтахов М.С. Хираль-ный циклогексеновый блок из L-винной кислоты // Тезисы Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химии. Теория н практика» - Уфа. - 2010. - С. 128.

6. Халикова Г.М., Ахметшина Д.З., Гималова Ф.А. Хиральные дигидрок-сициклопропановые блоки из L-винной кислоты // Тезисы докладов V Всероссийской конференции студентов и аспирантов, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова «Химия в современном мире» - Санкт-Петербург. - 2011. - С. 466-467.

7. Халикова Г.М., Ахметшина Д.З., Гималова Ф.А., Сагитдинова Х.Ф. Оптически активные циклогексеновые блоки из Я-(-)-карвона // Тезисы докладов VHI Республиканской конференции молодых ученых «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» - Уфа. - 2011. -С. 120.

8. Халикова Г.М., Ахметшина Д.З. Оптически активные циклогексеновые блоки из R-(-)-KapeoHa // Тезисы докладов I Республиканской конференции молодых ученых «Химия в интересах человека» - Уфа. — 2011. - С. 43.

9. Гималова Ф.А., Халикова Г.М., Егоров В.А., Ахметшина Д.З., Сагитдинова Х.Ф. Chiral cyclohexene blocks from d-carvone // Тезисы докладов Международной конференции «Возобновляемые лесные и растительные ресурсы: химия, технология, фармакология, медицина» — Санкт-Петербург. - 2011. - С. 60-61.

10. Егоров В.А., Халикова Г.М., Гималова Ф.А., Мифтахов М.С. New functionalized clorocyclopentenones from 6,8,9-trichloro- and 8,9-dichloro-l,4-dioxaspiro[4.4]non-8-en-7-ones // Материалы международного конгресса, посвященного 150-летию теории Бутлерова. - Казань. - 2011. -С. 388.

11. Фаткуллина И.И., Халикова Г.М., Егоров В.А. Необычный вариант гетероциклизации 5-(метоксикарбонил)-2-гидрокси-3-(пент-3-илокси)-гекс-4-енил метансульфоната в реакции с NaN3 // Тезисы докладов VI Всероссийской конференции по химии молодых учёных, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2012» - Санкт-Петербург. - 2012. - С. 483-484.

12. Ахметдинова Н.П., Халикова Г.М., Егоров В.А. Синтетические блоки для карбануклеозидов, простагландинов и карбоциклических ингибиторов нейраминидазы. Антивирусные агенты новой топологии // Тезисы докладов VI Всероссийской конференции по химии молодых учёных, аспирантов и студентов с международным участием «Менделеев-2012» - Санкт-Петербург. - 2012. - С. 43-45.

13. Егоров В.А., Халикова Г.М., Гималова Ф.А. Синтез и некоторые реакции метил-(2Е)-(2,3 -дихлор-4-оксоциклопент-2-ен-1 -шгиден)аце-тата // Тезисы докладов XV Молодежной школы-конференции по органической химии — Уфа. - 2012. — С.51.

14. Халикова Г.М., Фаткуллина И.И., Егоров В.А., Гималова Ф.А. Некоторые превращения производных метил 3-(2,2-диэтил-5-(азидометил)-1,3-диоксолан-4-ил)-2-метилакрилата И Тезисы докладов XV Молодежной школы-конференции по органической химии - Уфа. -2012. - С.255-256.

15. Халикова Г.М., Фаткуллина И.И., Егоров В.А., Гималова Ф.А., Мустафин А.Г., Мифтахов М.С. Некоторые превращения производных метил-3-(2,2-диэтил-5-(азидометил)-1,3-диоксолан-4-ил)-2-метилакри-лата // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология». - Екатеринбург. — 2012. — С. 116.

16. GuIIira Khalicova, Fanuza Gimalova, Akhat Mustafm, Mansur Mifitakhov Some transformations methyl-3-(2,2-diethyl-5-(azidomethyl)-l,3-dioxolane-4-yl)-2-methylacrilate // Материалы международного симпозиума по органическому синтезу "13th Belgian Organic Synthesis Symposium BOSS Х1П". - Бельгия. - Лёвен. - 2012. - C.216.

ХАЛИКОВА ГУЛЛИРА МАЗГАРОВНА

ДИЗАЙН И СИНТЕЗ НОВЫХ МОДИФИКАТОВ ИНГИБИТОРОВ НЕЙРАМИНИДАЗЫ НА ОСНОВЕ R-KAPBOHA, L-ВИННОЙ КИСЛОТЫ И ХЛОРЦИКЛОПЕНТЕНОНОВ

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 28.02.2013 г. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Уч.-изд.л.1,5. Тираж 150 экз. Заказ №155.

450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3 ГОУ ВПО «Башгосмедуниверситет РОСЗДРАВА»

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»

ДИЗАЙН И СИНТЕЗ НОВЫХ МОДИФИКАТОВ ИНГИБИТОРОВ НЕЙРАМИНИДАЗЫ НА ОСНОВЕ И-КА РВОНА, Ь-ВИННОЙ КИСЛОТЫ И ХЛОРЦИКЛОПЕНТЕНОНОВ

На правах рукописи УДК 547.915+547.478+547.747

ХАЛИКОВА ГУЛЛИРА МАЗГАРОВНА

02.00.03 - Органическая химия

СМ

ю 00

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Гималова Фануза Арслановна

Уфа - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8

1.1. Общие положения 8

1.2 Ингибиторы М2-белка 9

1.3 Ингибиторы нейраминидазы 11

1.3.1 Механизм десиалирования гликопротеина NA 14

1.3.2 Ингибиторы нейраминидаз циклопентанового и пирролидинового

ряда 14

1.4 Генетические вариации и лекарственная устойчивость 16 1.4.1 Преодоление устойчивости к нейраминидазным ингибиторам 17

1.5 Полные синтезы ингибиторов NA 20

1.5.1 Синтетические подходы к Занамивиру 21

1.5.2 Синтезы Тамифлю 23

1.5.2.1 Синтезы на основе шикимовой кислоты 24

1.5.2.2 Синтезы на основе других циклических и ациклических соединений 26

1.5.2.3 Синтез аналогов Тамифлю 32

1.6 Дизайн ингибиторов циклопентанового ряда 35

1.6.1 Синтез Перамивира 38

1.6.2 Ингибирование нейраминидазы in vitro 39

1.7 Синтез новых стереоизомерных циклопентенового ряда диаминоциклитолов - потенциальных ингибиторов нейраминидаз вируса гриппа 40

1.8 Синтез А-315675 42 ГЛАВА 2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 48

2.1 Блоки и синтез аналогов Тамифлю 49

2.1.1 Подходы из R-карвона 49

2.1.2 Подходы из Ь-винной кислоты 51

2.1.3 Синтез ациклических аналогов Тамифлю 54

2.2 Дизайн и синтез новой серии пирролидинов из Ь-винной

кислоты 57

2.3 Синтезы на основе производных хлорциклопентенонов 64 Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 73

3.1 Экспериментальная часть к разделу 2.2.1 73

3.2 Экспериментальная часть к разделу 2.2.2 77

3.3 Экспериментальная часть к разделу 2.2.3 82

3.4 Экспериментальная часть к разделу 2.2.4 90

3.5 Экспериментальная часть к разделу 2.2.5 101 ВЫВОДЫ 118 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АсОН - уксусная кислота NANA - N-ацетилнейраминовая

Ас - ацетил кислота

AIBN - азобисизобутиронитрил NA - нейраминидаза

Вп - бензил NBA - N-бромацетамид

Вое -гарега-бутоксикарбоил NBS - N-бромсукцинимид

CAN - церийаммонийнитрат РСС - пиридиния хлорхромат

Cbz - бензилоксикарбонил PDC - пиридиния дихромат

DABCO- 1,4 Ph - фенил

диазобицикло[2.2.2]октан PLE - фермент печени свиньи

DANA - 2-дезокси-2,3-дегидро^- РМВ - я-метоксибензил

ацетилнейраминовая кислота Ру - пиридин

DBU- 1,8-диазобицикло[5.4.0]-7- РСА - рентгеноструктурный анализ

ундецен RDRP - RNA-dependent RNA-

DEAD - диэтилазодикарбоксилат polimerase

DIPEA - диизопропилэтиламин RNPs - рибонуклениновые белки

DMAP - 4-диметиламинопиридин ТСХ - тонкослойная хроматография

DME - диметоксиметан TBAF - тетра-н-бутиламмония

DMF(DMFA) - диметилформамид фторид

DMB - диметоксибензил TBDMS (TBS) - трет-бутилдиметил-

DMSO - диметилсульфоксид силил

DPPA - дифенилфосфорилазид TBDPS - трет-бутилдифенилсилил

DMPU - #,ЛГ-диметил- N,N'- TEMPO - N-окись 2,2,6,6-тетра-

триметиленмочевина метилпиперидиноксопиперидина

Dppb - 1,4-бис(дифенилфосфина)- Tf- трифторметансульфонат

бутан Tf20 - трифлатный ангидрид

FDA - Международная организация TFA - трифторуксусная кислота

здравоохранения THF - тетрагидрофуран

НА - гемагглютинин ТНР (ТГП) - тетрагидропиранил

HMDS (ГМДС) - TMS (ТМС) - триметилсилил

гексаметилдисилазид Тг - трифенилметил

LDA - диизопропиламид лития р-Ts - иа£>о!-толуолсульфонил

Im - имидазол р-TSA - иара-толуолсульфокислота

MOM - метоксиметил ТЭБАХ - триэтилбензиламмоний-

Ms - метансульфонил хлорид

w-CPB А - ,/и-хлорнадбензойная

кислота

Введение

"Сезонный грипп" является серьезной проблемой здравоохранения, затрагивающей миллионы людей во всем мире. Несмотря на значительный прогресс в выяснении молекулярных механизмов и клеточной биологии вирусов, грипп продолжает оставаться наиболее серьезным респираторным заболеванием с возможными рецидивами до летальности [1-4].

Основным методом профилактики гриппа является вакцинация, благодаря которой возможно достижение частичного успеха в борьбе с эпидемией гриппа. Время, необходимое для производства достаточного количества вакцин для иммунизации большинства населения составляет ~ 68 месяцев и при этом для обеспечения эффективности вакцину следует применять не менее чем за четыре недели до предполагаемого контакта с вирусом. Поскольку вирус мутирует практически каждый сезон, то к этому времени очевидна необходимость в новых вакцинах ежегодно. К тому же лечебное действие новой вакцины по истечении определенного периода времени также падает и вследствие этого иммунизация не всегда действенна против возможной пандемии гриппа. Поэтому в качестве альтернативы вакцинации для борьбы с гриппом используются противовирусные препараты.

Противовирусные препараты используются для профилактики и лечения во время сезонных эпидемий гриппа, они рассматриваются как экономически эффективный вариант снижения риска быстрого распространения пандемии. Основные противовирусные препараты гриппа представлены ингибиторами ионных каналов М2 белка (адамантаны) и нейраминидазы (занамивир и озельтамивир). Тем не менее, циркулирующий в настоящее время штамм [5] вируса гриппа А, в основном, устойчива к адамантанам. Из ингибирующих нейраминидазу препаратов занамивир (Реленза) является ингаляционным, а широко используемый озельтамивир (Тамифлю) - пероральным препаратом. В последнее время наблюдается появление резистентных к озельтамивиру сезонных и пандемических

штаммов [6-8]. Очевидна необходимость поиска новых препаратов для преодоления резистентности и нависшей угрозы единичных вспышек штаммов пандемического гриппа, особенно после недавней вспышки в 2009 году гриппа НШ1. Накопление информаций и новые инициативы в области научных исследований служат основой для разработки оригинальных противовирусных препаратов, блокирующих различные этапы в жизненном цикле вируса [9].

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Общие положения

Жизненный цикл вируса гриппа А включает в себя последовательные стадии «закрепления» к рецепторам сиаловой кислоты, проникновение вируса и слияние с эндосомой, репликация и транскрипция вирусных генов, подавление иммунитета хозяина, сборка, почкование и выпуск новых вирусов [9]. Каждый вирусный белок играет конкретную роль при прохождении этих стадий, и, следовательно, эти белки являются мишенями для препаратов против гриппа.

Потенциальными мишенями для взаимодействия с противовирусными лекарствами являются несколько молекулярных субстанций на вирусной оболочке, а именно М2 белок, гемагглютинин (НА) и нейраминидазы (ИА) (сиалидазы) [10-12]. В принципе, М2 белок - ионный канал на липидной оболочке вируса, который управляет рН-зависимым разъединяющим механизмом рибонуклеопротеидов и ответственен за «раздевание» вируса [13]. Гемагглютинин - поверхностный гликопротеин, который «запускает» инфекцию путем связывания вируса к остаткам терминальной сиаловой кислоты 1 (рис. 1) на клеточной мембране дыхательных путей. После принятия клеткой вируса начинается процесс репликации.

он

но

'......" /"

"С02н

Рис. 1. Структура сиаловой кислоты (N-ацетилнейраминовой кислоты, NANA)

После репликации новые вирусные частицы высвобождаются с помощью второго гликопротеина, нейраминидазы (NA) [14], которая гидролитически расщепляет двойную связь сиаловой кислоты и высвобождает вирус с поверхности клетки хозяина. Инфекционный вирус распространяется через дыхательные пути с помощью нейраминидазы на

уровне слизистой оболочки [15]. В целом, нейраминидаза отвечает за репликацию, инфекционность и распространение вируса гриппа.

Существующие данные свидетельствуют о том, что NA необходима вирусу гриппа на различных стадиях инфекционного цикла. Она облегчает подход вируса к клеткам-мишеням посредством удаления сиаловых кислот с муцинов респираторного тракта [16], участвует в процессе слияния вирусной частицы с клеткой, помогает отпочкованию созревших вирионов от поверхности клетки, предотвращая агрегацию вирусов, вызванную взаимодействием НА одного вириона с сиалированными гликанами другого [17].

Таким образом, препарат, который предназначен для связывания и блокирования активного центра этого белка может оказаться эффективным при лечении гриппа.

1.2 Ингибиторы М2-белка

Ингибиторы М2-белка амантадина гидрохлорид 2 и римантадина гидрохлорид 3 были первыми противовирусными препаратами, одобренными FDA для лечения и профилактики гриппа А.

н3с. nh2-hc1

nh2-hci

/Сс^7

2 3

Рис. 2. Структуры гидрохлоридов амантадина 2 и римантадина 3

Механизм действия адамантанов заключается в блокировке ионных каналов специфических вирусных белков. Когда частица вируса гриппа А попадает в ядрышко клетки-хозяина, низкий рН в эндосоме вызывает конформационные изменения НА, которая инициирует слияние вирусных и эндосомных мембран [18,19]. Одновременно, для освобождения И^Рб

Viral membrane

vRNP

vRNP

Influx of protons releases vRNPs

Amantadine

™

helices

His37

Rimantadine

Phe54

Рис. 3. Структура, функции и ингибирование М2 белка.

(рибонуклениновые белки) от внутренней поверхности вирусной мембраны в цитоплазме происходит перенос протонов ионного канала белка М2 в вирус (рис. 3).

Препараты группы адамантана (амантадин 2 [20] и римантадин 3 [21] (рис. 4)) блокируют этот канал М2-белка. Однако применение 2 и 3

ограничивается из-за тяжелых побочных эффектов на ЦНС [22], быстрой резистентности к вирусным штаммам [23-25] и недостаточной эффективности против вируса гриппа В. Кроме того, эти препараты эффективны только в том случае, если лечение начато в течение первых 48 часов после выявления симптомов [26,27]. Поэтому в США М2 ингибирующие препараты были заменены на другие, о которых речь пойдет ниже. В плане дизайна М2 ингибиторов ранние попытки разработки более крупных молекул существенно не повысили эффективность М2 ингибиторов [28]. При изучении активности новых соединений 4-6 (рис. 4) сделали вывод, что гидрофобная голова и аминный хвост, по-видимому, являются двумя важными фармакофорными элементами при конструировании высокоактивных М2 блокирующих ингибиторов.

В последнее время в разработке препаратов против гриппа акцент делается на ингибирование нейраминидазы, так как NA ответственна за стадии отпочковывания созревших вирионов из инфицированных клеток.

Осознание того, что N-ацетилнейраминовая кислота (NANA) 1 является слабым ингибитором фермента, стимулировало работы по синтезу ее аналогов. Первым примером такого рода соединений является 2-дезокси-2,3-дегидро-1Ч-ацетилнейраминовая кислота 7 (DANA, рис. 5), которая оказалась примерно в 1000 раз более активной в качестве ингибитора в сравнении с 1 (1С50 5-10) цМ [29].

Рис. 4. М2 ингибиторы: алкиламин 4, аминоспиран 5 и спироамантадин 6

1.3 Ингибиторы нейраминидазы

ОН

н ^ со2н

......он но

он

1

он

О. /С02Н

он

7

NANA DANA

Рис. 5. Структуры NANA и DANA

Определение кристаллической структуры нейраминидаз гриппа А и В и их комплексов с сиаловой кислотой с помощью РСА в начале 1980-х годов [26,30] показало наличие связующего сиаловую кислоту «кармана» [31, 32]. На рис. 6 показан активный центр, состоящий из четырех связующих карманов: 1) кислотный карман, где карбоксильная группа DANA связана водородной связью с триадой остатков аргинина (остатки 118, 292 и 371); 2) ацетамидосвязывающий карман, имеющий гидрофобную «заплатку» из Тгр 178 и Не 222 над молекулой воды; 3) глицеринсвязывающий карман, и 4) карман, в котором расположен С4-гидроксил DANA. Молекула воды, окруженная отрицательно заряженными остатками аминокислот, характеризует четвертый карман.

CJ и ^^^^^^ Gkj 119 ТУ8/ «Т ? Jb-J ' Arg 9 * v 'V __

Жл«>15 \ ч Тф 178 v . 'W* % ' °'"г78 Ь^/ \ п.

Рис. 6. Связывание DANA 7 с N9 нейраминидазой гриппа А, показывающий четыре связывающих кармана в активном сайте N9 нейраминидазы гриппа А

Впоследствии структурно-основанное моделирование [33] сыграло важную роль в разработке подложки миметиков КА, и эти усилия [26,30] привели к открытию соединения 8 (занамивир) (рис.7) [34]. Синтезированные соединения с гуанидином или аминогруппой, заменяющими гидроксильные группы соединения 7 в положении С4, показали высокую активность на моделях животных. 4-Гуанидиновая группа улучшила связывающую способность благодаря взаимодействиям с окружающими боковыми цепями аминокислот ЫА вирусов гриппа. Полученное соединение 8 (занамивир) было эффективно как ингалятор для грипп-инфицированных мышей и хорьков [26], оно впоследствии было одобрено для применения в качестве ингаляционного препарата и для людей. Систематические попытки замены глицеринового фрагмента 8 липофильной группой привело к открытию соединения 9 (озельтамивир) [35,36]; химическое замещение глицеринового фрагмента гидрофобной 1-этилпропоксигруппой и 4-гуанидиновой группы занамавира аминогруппой уменьшили полярность и повысили липофильность соединения, что привело к разработке озельтамивира как орального пролекарства. Оба соединения 8 (занамивир) и 9 (озельтамивир) очень эффективны при лечении заболеваний гриппом А и В человека и имеют благоприятные профили для первичной и вторичной профилактики

[19].

АсНЫ

ИМ ЫНг

МН2

8 N1-1

Занамивир

Озельтамивир

9

Рис. 7. Структуры занамивира 8 и озельтамивира 9

1.3.1 Механизм десиалирования гликопротеина NA

Как уже было сказано и занамивир, и озельтамивир структурно похожи на сиаловую кислоту, поэтому они были разработаны в качестве аналогов промежуточного оксокарбониевого иона 12, имитирующего переходное состояние в предполагаемом механизме ферментативного гидролиза сиалилгликозида 10 в сиаловую кислоту 1 (схема 1). Конкурентное блокирование нейраминидазы препятствует расщеплению сиаловой кислоты и в результате подавляется последующее распространение вируса.

Схема 1

но

он

он

AcHN'

.....о

I _ R

10

ОН

Sialyl a-glycoside R = glycoprotein

influenza neuraminidase

HO

OH AcHN'

OH + ...../-

R

OH

11

transition state

OH

HO

О

OH AcHN"

+ co2 4/

OH

H20 „ HO

OH

12

OH

OH AcHN

.....C02H

OH

1.3.2 Ингибиторы нейраминидаз циклопентанового и пирролидинового ряда

Перамивир 13 [37], самый последний среди ингибиторов ЫА, разработан фирмой ВюСгуз1 и утвержден в качестве средства для внутримышечной инъекции для пациентов с острой вирусной инфекцией [38]. В отличие от циклогексенового кольца озельтамивира, перамивир имеет центральное циклопентановое кольцо (рис. 8). Несмотря на различия в химическом составе, все три нейраминидазные лекарства (8, 9, 13)

характеризуются «общностью» в связывании (рис. 10а,в) с субстрат-связывающим «карманом» нейраминидазы [39]. Перамивир сохраняет гидрофильную гуанидиновую группу, что объединяет его с 8 (занамивир), гидрофобную этилпропоксигруппу, как и у озельтамивира 9, участвующие в образовании водородной связи ОН-группы, подобные 2-ОН группе сиаловой кислоты 1, и карбоксигруппу, присутствующую во всех этих соединениях.

со2н

НО„

NHY

NHCOCH3 NH

NH?

Рис. 8 Структура перамивира 13

Ученые из лаборатории Abbott обнаружили ингибитор нейраминидазы в ряду пирролидинов, в частности, соединение 14 (рис. 9) [40]. При совершенствовании структурно-основанного дизайна этого соединения было найдено производное пирролидина 15 А-315675, которое оказалось очень активным в отношении нейраминидазы [41].

А-192558 А-315675

14 / 15

Рис. 9. Ингибиторы нейраминидаз второго поколения

Первоначально 15 был синтезирован учеными Abbott в виде рацемата, а затем получен его желаемый энантиомер [42,43].

В каталитическом сайте нейраминидазы из кристаллографических рентгеновских исследований хорошо видны взаимодействия связанных

ингибиторов занамивира, озельтамивира и перамивира. Таким образом, четыре дочерние узлы в ферменте взаимодействует с необходимыми полярными и гидрофобными группами в ингибиторах, что обеспечивает эффективное связывание [40,42,44]. Обязательным является наличие во всех этих ингибиторах карбоксильной группы и ацетамидных групп, находящихся через два или три атома углерода кольца, которые хорошо вписываются во взаимодействия положительно заряженных аргининов и гидрофобные взаимодействия ароматических и алифатических цепей соответственно. Замена триольной части в 1 или 7 на гидрофобный эфир, как в 9, была наиболее важной для эффективности взаимодействия с алифатическими частями боковых цепей аминокислот [44]. Далее, основные группы, такие как амино- или гуанидиновые, присутствующие во всех известных ингибиторах, необходимые для взаимодействия с Glu 119, Glu 227 и Asp 151, могут быть заменены на цис-пропенильную группу в А-315675, где гидрофобный контакт с алифатической цепью в Glu был найден полезным [41].

1.4 Генетические вариации и лекарственная устойчивость

Патогенные микроорганизмы, которые не подвергаются высоким генетическим изменениям или менее адаптивны, могут быть успешно подавлены вакцинацией, в то время как некоторые ви