Синтез новых водорастворимых производных фуллеренов, исследование их физико-химических свойств и биологической активности

Корнев, Алексей Борисович

Синтез новых водорастворимых производных фуллеренов, исследование их физико-химических свойств и биологической активности тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Корнев, Алексей Борисович АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Черноголовка МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Синтез новых водорастворимых производных фуллеренов, исследование их физико-химических свойств и биологической активности»

Автореферат диссертации на тему "Синтез новых водорастворимых производных фуллеренов, исследование их физико-химических свойств и биологической активности"

На правах рукописи

КОРНЕВ Алексей Борисович

СИНТЕЗ НОВЫХ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

02.00.03 - органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

005533170

1 9 СЕН 2013

Черноголовка - 2013

005533170

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН)

Научный руководитель кандидат химических наук

Трошин Павел Анатольевич

Официальные оппоненты: Вацадзе Сергей Зурабович

доктор химических наук, профессор, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет, профессор кафедры органической химии

Клюев Михаил Васильевич

доктор химических наук, профессор, Ивановский государственный университет, декан биолого-химического факультета, заведующий кафедрой органической и физической химии

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского Российской академии наук

Защита состоится «8» октября 2013 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 002.102.01 на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН) по адресу: 142432, Московская область, г. Черноголовка, Северный проезд, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФАВ РАН. Автореферат размещен на сайте ИФАВ РАН: www.ipac.ac.ru.

Автореферат разослан « б » сентября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.102.01 ' / к. х. н. С. В. Афанасьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время биологические свойства фуллеренов и их функциональных производных активно изучаются с целью создания на их основе новых лекарственных средств и биоматериалов. Среди производных фуллеренов найдены соединения, обладающие различными видами противоинфекци-онной, противораковой, антиоксидантной и иммуномодулирующей активности; при этом они отличаются также оптимальными мембранотропными и фармакокинетиче-скими свойствами, характерными для наноразмерных частиц.

Вероятность создания клинических лекарственных препаратов или диагностических средств на основе производных фуллеренов представляется высокой, что делает исследования по данной тематике актуальными и востребованными в настоящее время с научной и практической точек зрения. Исследования в рамках данной работы были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (грант 12-0331719 мол_а), Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственные контракты №02.513.12.3103 и № 16.512.11.2231), грантами Президента РФ (грант МК-4916.2011.3).

Степень разработанности темы исследования. Получение индивидуальных биологически активных производных фуллеренов является трудной задачей из-за необходимости проводить регио- и хемоселективную функционализацию чувствительных фуллереновых субстратов, добиваясь при этом получения соединений со специфическими свойствами (растворимость в воде, нетоксичность, химическая и биологическая стабильность и т. д.). Обычно для получения функциональных производных фуллеренов используют реакции циклоприсоединения, которые позволяют получать разнообразные моноаддукты фуллеренов, в том числе с полезными свойствами [А. Hirsch, M. Brettreich. Fullerenes: Chemistry and Reactions. John Wiley & Sons, 2006]. При получении таким путем водорастворимых производных требуется либо использование весьма сложных солюбилизирующих аддендов [М. Brettreich et al. Tetrahedron Letters. 1998. V. 39. P. 2731], либо многократное присоединение более простых аддендов с образованием смеси изомерных полиаддуктов [I. Lamparth et al. Chem. Commun. 1994. P. 1727], что существенно сужает возможности метода.

Из-за ограниченного потенциала реакции циклоприсоединения для синтеза биоак-

тивных производных фуллеренов с указанной целью применялись другие методы, например, радикальное присоединение медьорганических соединений [Isobe, H. et al. Org. Lett. 2003. V. 5. P. 4461] или аминов [Isobe, H. et al. Org. Lett. 2000. V. 2. P. 3663]. Синтезируемые таким путем продукты пока не нашли широкого применения в исследованиях биологической активности, вероятно, из-за узкого круга получаемых соединений и трудностей работы с используемыми реагентами. Перспективным является также применение галогенфуллеренов в качестве прекурсоров для синтеза поликарбоксильных производных [Troshina, О. A. et al. Org. Biomol. Chem. 2007. V. 5. P. 2783] и аминопроизводных фуллеренов [Troshina, О. A. et al. Tetrahedron. 2006. V. 62. P. 10147].

Параллельно и независимо с исследованиями, проводившимися в рамках данной диссертационной работы, в той же лаборатории были найдены новые методы синтеза водорастворимых производных [60]фуллерена, основанные на реакциях хлорфулле-рена С60С16 с тиолами [Khakina, Е. A. et al. Chem. Commun. 2012. V. 48. P. 7158] и ал-килфосфитами [Yurkova, A. A. et al. Chem. Commun. 2012. V. 48. P. 8916].

В целом к настоящему времени синтезировано лишь несколько десятков водорастворимых соединений фуллеренов с индивидуальной структурой, еще меньшее их количество исследовано на предмет биологической активности и показало полезные свойства. Практически не изучены биологические свойства производных фуллерена С70 и высших фуллеренов; данные по зависимостям «структура-активность» для производных фуллеренов носят отрывочный и иногда противоречивый характер. Поэтому для дальнейшего развития области биомедицинских исследований фуллеренов необходимо разработать новые эффективные подходы к синтезу их водорастворимых производных, получить серии родственных соединений и систематически изучить их физико-химические свойства и различные виды биологической активности.

Цели и задачи работы. Основной целью данной работы было изучение возможности создания лекарственных препаратов на основе производных фуллеренов. Для этого в работе решались следующие основные задачи.

1. Разработка удобных подходов для синтеза водорастворимых производных фуллеренов Сбо и С70, а также конъюгатов таких производных с биологически активными малыми молекулами.

2. Получение большой серии различных водорастворимых производных фуллере-

нов, подтверждение их состава, строения и чистоты с помощью комплекса физико-химических методов и наработка образцов соединений с целью последующего исследования их свойств.

3. Изучение состояния полученных соединений в водных растворах. Систематическое исследование токсичности и противовирусной активности полученных производных фуллеренов и конъюгатов на их основе. Изучение зависимости свойств соединений от их структуры и выявление наиболее перспективных для медицинского применения веществ.

Научная новизна. Впервые синтезированы индивидуальные производные фулле-рена С70, обладающие высокой растворимостью в воде - более 150-200 мг/мл. Получен новый тип пентааминопроизводных [60]фуллерена С6о(М12)5Х (Х=С1, Н) по селективной реакции хлорфуллерена СбоС1б с первичными и вторичными алифатическими аминами. Получено и охарактеризовано 61 новое производное фуллерена, в том числе 32 водорастворимых соединения. Синтезированные соединения были использованы в исследованиях цитотоксичности и острой токсичности, противовирусной активности на различных ДНК- и РНК-содержащих вирусах (18 различных вирусов и вирусных штаммов). Среди производных С70 найдены соединения, обладающие анти-ВИЧ активностью в наномолярном диапазоне концентраций, а также соединения, сопоставимые по противогриппозной активности с клиническими противовирусными препаратами, такими как осельтамивир (тамифлю®). Показано, что конъюгация водорастворимых производных фуллерена с биологически активными малыми молекулами может быть удобным методом модификации их свойств с целью повышения противовирусной активности и снижения токсичности.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты, полученные в данной работе, подтверждают перспективность применения производных фуллеренов в качестве противовирусных лекарственных препаратов. Такие виды биологической активности, как ингибирование гликопротеина §р120 вируса ВИЧ-1 и противогриппозная активность, впервые обнаружены для производных фуллеренов, что представляет собственный теоретический интерес.

Методы синтеза, основанные на реакциях хлорфуллерена СбоСЦ с аминами и ари-лирования хлорфуллеренов С7оС18 и С7оС1ю, позволяют получать индивидуальные водорастворимые производные фуллеренов в макроколичествах, что является необхо-

димым условием для проведения систематического исследования их биологической активности и возможного практического применения. Поликарбоксильные арилиро-ванные производные фуллеренов С6о и С70 обладают противовирусной активностью в отношении ряда вирусов, таких как ВИЧ-1, ВИЧ-2, вирус простого герпеса, цитоме-галовирус, вирусы гриппа A (H1N1 и H3N2) и Б, вирус кошачьего инфекционного перитонита, вирус кошачьего герпеса, вирус вакцинии, респираторный синтициальный вирус человека, парагрипп типа 3, вирус Синдбис, вирус Пунта Topo, и могут послужить основой для создания нового класса фуллеренсодержащих препаратов противовирусного действия. Достигнутые показатели активности, характеризуемые терапевтической дозой (ИД50) и химиотерапевтическим индексом (ХТИ), свидетельствуют о том, что эта задача может быть решена уже в ближайшем будущем.

Способность легкодоступных полифункциональных производных фуллеренов образовывать в водном растворе стабильные наноагрегаты может послужить основой для разработки лекарственных форм клинических фармацевтических препаратов в виде фуллеренсодержащих наночастиц.

Методология и методы исследования. При выполнении данной диссертационной работы была принята следующая методология исследований.

Вначале проводился химический синтез производных фуллерена с потенциальной биологической активностью. При этом использовались известные методы синтеза водорастворимых производных фуллеренов [Troshina, О. A. et al. Org. Biomol. Chem. 2007. V. 5. P. 2783], а также новые подходы, основанные на использовании для получения ВОДОраСТВОрИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ХЛОрфуЛЛереНОВ C70CI8 и C70CI10 в качестве прекурсоров и на селективной реакции хлорфуллерена СбоС1б с аминами.

Состав и строение полученных веществ подтверждались с помощью методов одномерной и двумерной спектроскопии ЯМР, масс-спектрометрии, ИК-спектроскопии, элементного анализа и хроматографии ВЭЖХ; изучение состояния соединений в водном растворе проводилось посредством методов оптической спектроскопии в УФ-видимом диапазоне и динамического рассеяния света.

Биологическая активность полученных производных фуллеренов изучалась в сотрудничестве с коллегами из профильных исследовательских подразделений ИПХФ РАН и других учреждений в России и за рубежом. В ходе испытаний сначала определялось токсическое действие соединений на выбранной экспериментальной модели, а

затем изучался соответствующий вид биологической активности.

Исследование активности большого числа соединений на ряде биологических моделей позволило получить совокупность сопоставимых данных. Их анализ в итоге привел к выявлению отдельных закономерностей, связывающих структуру соединений с проявляемым ими биологическим действием.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработан новый метод синтеза водорастворимых производных фуллерена С70, основанный на использовании хлорфуллеренов С70С18 и С70О10 в качестве прекурсоров для получения арилированных производных с присоединенными остатками фенилкарбоновых кислот. По известным ранее и новым методам синтезировано 32 новых водорастворимых производных фуллеренов, в том числе первые хорошо растворимые в воде производные С70, а также водорастворимые конъю-гаты на основе поликарбоксильных производных фуллерена Сбо- Строение всех новых соединений подтверждено комплексом современных физико-химических методов.

2. Впервые получен новый тип аминопроизводных [60]фуллерена состава С6о(№*-2)5Х (Х=С1, Н), образующихся по реакции хлорфуллерена С6оС1б с первичными и вторичными алифатическими аминами в мягких условиях. В качестве реагентов при этом может быть использован широкий круг аминов, что делает эту реакцию удобным методом синтеза индивидуальных пентааминопроизвод-ных фуллерена С60, в том числе биологически активных.

3. Изучена агрегация синтезированных производных фуллеренов в водных растворах с использованием методов оптической спектроскопии и динамического рассеяния света. Установлено, что исследованные производные образуют в растворах наночастицы со средним размером около 100 нм и узким распределением по размерам.

4. Исследованы цитотоксичность и острая токсичность производных фуллеренов в опытах на клеточных культурах и лабораторных животных. Найдены закономерности, связывающие токсичность и молекулярное строение водорастворимых соединений фуллеренов. Арилированные поликарбоксильные производные фуллеренов С60 и С70 и конъюгаты с малыми молекулами на их основе отличаются весьма низкой токсичностью, что указывает на возможность их применения в

живом организме.

5. Исследована противовирусная активность водорастворимых соединений фулле-ренов по отношению к широкому кругу вирусов. Поликарбоксильные производные фуллерена Сбо и в особенности фуллерена С70 в экспериментах in vitro обладали высокой активностью против вируса иммунодефицита человека, сопоставимой с активностью лучших известных фуллеренсодержащих соединений, что в сочетании с низкой токсичностью делает их потенциальными лекарствами для лечения СПИДа. Установлен новый для производных фуллеренов механизм ан-ти-ВИЧ активности - связывание с поверхностным гликопротеином gpl20 вируса ВИЧ, ответственным за проникновение вируса в клетки.

6. Обнаружена высокая активность арилированных поликарбоксильных производных фуллеренов и конъюгатов на их основе с карнозином и рубоксилом против возбудителей герпесвирусных инфекций - вируса простого герпеса и цитомега-ловируса. Производные фуллерена С70 обладают активностью по отношению к нескольким штаммам вируса гриппа, сопоставимой с активностью таких клинических противогриппозных препаратов, как римантадин и осельтамивир. Шесть поликарбоксильных производных фуллеренов Qo и С?о активны одновременно в отношении 5-10 различных вирусов, что делает возможным разработку противовирусных препаратов комбинированного действия на основе производных фуллеренов.

Личный вклад автора. Непосредственный вклад автора заключается в участии в постановке задач исследования; в проведении анализа литературных данных; в планировании и проведении экспериментов по получению производных фуллеренов; в участии в исследовании физико-химических свойств соединений; в анализе, обсуждении и оформлении полученных результатов и в участии в подготовке публикаций и заявок на изобретения.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных в работе данных обеспечивается проведением исследований на современном уровне с привлечением комплекса физико-химических и биологических методов.

Отдельные результаты работы представлялись на конкурсе научных работ им. С. М. Батурина (г. Черноголовка, 2011 г.) и на семи научных конференциях: Третьем международном симпозиуме «Molecular Photonics» (С.-Петербург, 2012 г.), V

Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине» (Троицк, 2012 г.), Всероссийской конференции «Фотоника органических и гибридных наноструктур» (Черноголовка, 2011 г.), Всероссийской молодежной конференции «Успехи химической физики» (Черноголовка, 2011 г.), Седьмой национальной научно-практической конференции с международным участием «Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека» (Смоленск, 2011 г.), юбилейной научной конференции «Химическая физика вчера, сегодня, завтра» (Москва, 2011 г.), Всероссийской молодежной научной конференции «Проблемы фундаментальных и прикладных, естественных и технических наук в современном информационном обществе» (Долгопрудный, 2011 г.).

Публикации. По материалам работы подготовлено 7 публикаций в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ, одна обзорная глава в коллективной монографии, 14 тезисов докладов. Получено 2 патента на изобретения и еще 4 заявки на изобретения находятся на экспертизе в Федеральном институте промышленной собственности.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 186 страницах, включает введение, литературный обзор, раздел обсуждения результатов, экспериментальную часть, выводы и список использованной литературы (273 библиографические записи). Текст проиллюстрирован 47 рисунками, 22 таблицами и 26 схемами.

Благодарности. Автор выражает благодарность д. х. н. А. С. Перегудову и к. х. н. А. В. Черняку за регистрацию спектров ЯМР, к. х. н. В. М. Мартыненко за регистрацию масс-спектров, к. х. н. А. Г. Буяновской и к. х. н. Г. В. Гусевой за проведение элементного анализа, студентам Г. О. Карпову и А. Н. Козыреву за помощь в проведении химических синтезов. Опыты по динамическому рассеянию света проведены к. ф.-м. н. А. В. Иванчихиной. Исследования противовирусной активности в отношении вирусов простого герпеса, цитомегаловируса и часть исследований цитотоксич-ности проведены д. б. н. А. А. Кущ и сотрудниками ее лаборатории к. б. н. Н. Е. Федоровой, к. б. н. Р. Р. Климовой, Ю. А. Тюленевым и Е. В. Чичевым, исследования активности против других вирусов и большая часть исследований цитотоксичности выполнены в лаб. проф. Я. Бальзарини. Исследования острой токсичности проведены д. б. н. Н. П. Коноваловой и Т. Е. Сашенковой, а также д. х. н. К. В. Балакиным и

д. м. н. А. С. Кинзирским. Автор благодарен всем партнерам по биологическим исследованиям - без их участия работа была бы невозможна. Автор благодарен д. х. н. Р. Н. Любовской, д. ф.-м. н. В. Ф. Разумову, сотрудникам отделов аспирантуры ИПХФ РАН и ИФАВ РАН, а также всем коллегам по группе полифункциональных материалов и органической электроники ИПХФ РАН за помощь в работе. Автор выражает благодарность своему научному руководителю.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследования и дана оценка степени ее разработанности; сформулированы цели и задачи работы; описана ее теоретическая и практическая значимость, а также методология и методы исследований; представлены положения, выносимые на защиту; дана оценка научной новизны полученных результатов и личного вклада автора; приведены сведения об апробации работы, приведен список публикаций по теме работы.

В разделе обзора литературы дано краткое описание методов химической функ-ционализации фуллеренов, имеющих наибольшее значение для синтеза их биологически активных производных, а также приведена детальная информация о различных классах водорастворимых и биологически активных производных фуллеренов. Подробно проанализированы опубликованные данные по токсикологии и различным видам биологической активности производных фуллеренов. Обзор охватывает работы, опубликованные до июля 2013 г.

Отдельно изложены исходные предпосылки и цели диссертационной работы.

Раздел результатов и обсуждения состоит из 8 подразделов, описывающих результаты работ по синтезу и исследованию водорастворимых производных фуллеренов.

1. Получение водорастворимых производных фуллерена С60 по реакции арили-рования хлорфуллерена С60С16

Ранее был предложен метод синтеза биологически активных поликарбоксильных производных Сбо, ключевыми стадиями которого являются арилирование CeoClg эфи-рами фенилуксусной и бензилмалоновой кислот и снятие защитных групп с помощью кислотного гидролиза [Troshina, О. A. et al. Org. Biomol. Chem. 2007. V. 5. P. 2783].

В настоящей работе известные ранее соединения За-b получены в граммовых количествах с целью дальнейшего исследования их биологической активности, а также

расширен круг присоединяемых к каркасу Сбо остатков ароматических кислот и получены ранее неизвестные водорастворимые соединения Зс-Ь (схема 1).

Схема 1

1a: R = СООСН3 1b: R = СН(СООСНз)2 1с: R = CH2COOCH3 1d: R = СН2СН2СООСН3

1e: R = CH2CH2CH2COOCH3

1f: R = CH2CH2CH(COOCH3)2

2a: R = COOCH3 2b: R = CH(COOCH3)2 2c: R = CH2COOCH3 2d: R = CH2CH2COOCH3 2e: R = CH2CH2CH2COOCH3 2f: R = CH2CH2CH(COOCH3)2

H3COOC

CgpCI,, FeCI3

Ar C6H5N02,90°C „ „„ -A 6 5 2 H3COOC-

1h: Ar =

3a: R = COOH 3b: R = CH(COOH)z 3c: R = CH2COOH 3d: R = CH2CH2COOH 3e: R = CH2CH2CH2COOH 3f: R = CH2CH2CH(COOH)2

HOOC

HOOC-7

3g: Ar

Строение и состав соединений 2с-Ь и Зс-Ь, а также других описанных в разделах 13 и 5 новых производных фуллеренов подтверждались комплексом физико-химических методов (см. раздел методология и методы исследования, стр. 4).

Аналогично соединениям За-Ь, соединения Зс-Ь давали хорошо растворимые в воде соли с катионами калия и натрия, что позволило использовать их в исследованиях биологической активности и агрегации в водном растворе (см. разделы 4, 6-8).

Схема 2

CgpClg SnCI4 1,2-DCB, 50-60°С

4а: R=CH2COOCH3 4b: R = СН2СН2СООСН-4c: R = CH2CH2CH2C(X)CH.

5a: R = CH2COOCH3 5b: R = CH2CH2COOCH3 5c: R = СН2СН2СН2СООСНз

6a: R = CH2C02H 6b: R = CH2CH2C02H 6c: R = CH2CH2CH2CO,H

Использование в качестве реагентов в реакции арилирования более активных эфи-

ров феноксикарбоновых кислот 4а-с вместо эфиров арилкарбоновых кислот la-h позволило отказаться от использования высокотоксичного нитробензола в качестве растворителя в пользу 1,2-дихлорбензола и заменить FeCl3 на более удобные катализаторы - хлориды титана или олова (схема 2). После снятия сложноэфирных защитных групп были получены свободные кислоты ба-с.

Чтобы определить, насколько сильно влияет присутствие лабильного атома хлора в структуре производных За-h и ба-с на их биологическую активность, было предпринято получение серии гидридных водорастворимых производных 8a-h (схема 3) с помощью восстановления трифенилфосфином в присутствии источника протонов [Avent, A. G. et al. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994. P. 1463].

Схема 3

2a: R = CH2COOCH3 2c: R = CH2CH2COOCH3 2d: R = CH2CH2CH2COOCH3 2e: R = CH2CH2CH2CH2COOCH3 2f: R = CH2CH2CH2CH(COOCH3)2 5a: R = OCH2COOCH3 5b: R = OCH2CH2COOCH3 5c: R = OCH2CH2CH2COOCH3

7a: R' = CH2COOCH3 7b: R' = CH2CH2COOCH3 7c: R' = CH2CH2CH2COOCH3 7d: R' = CH2CH2CH2CH2COOCH3 7e: R' = CH2CH2CH2CH(COOCH3)2 7f: R' = OCH2COOCH3 7g: R' = OCH2CH2COOCH3 7h: R' = OCH2CH2CH2COOCH3

8b: R" = CH2CH2COOH 8c: R" = CH2CH2CH2COOH 8d: R" = CH2CH2CH2CH2COOH 8e: R" = СНгСНгСНгСЩСООН^ St: R- = OCH2COOH 8g: R" = OCH2CH2COOH 8h: R" = OCH2CH2CH2COOH

Таким образом, с помощью метода арилирования хлорфуллерена С6оС16 эфирами ароматических карбоновых кислот (с восстановлением в гидридные производные или без него) и последующим снятием защитных групп было получено 17 новых поликарбоксильных соединений фуллерена С6о- Хорошо растворимые в воде и полярных средах калиевые соли этих кислот были в последующем использованы для изучения агрегации в водном растворе, токсических свойств и биологической активности.

2. Первые водорастворимые производные фуллерена С70, полученные из хлор-фуллеренов С7оС18 И C70CI10 Поскольку реакция арилирования хлорфуллерена С60С1б обладает большим потенциалом как метод синтеза водорастворимых производных фуллерена С60, было решено исследовать возможность получения с помощью реакции арилирования водорастворимых ПРОИЗВОДНЫХ фуллерена С70 ИЗ еГО легКОДОСТуПНЫХ ХЛОРИДОВ C7oClg и

С7оС110.

Оба указанных хлорфуллерена в условиях реакции арилирования эфирами арил-карбоновых кислот дают идентичные продукты 9а-с (выход 40-60 %), содержащие восемь присоединенных остатков ароматических кислот (схема 4), причем реакция с СуоСЬ протекает более гладко и дает меньшее количество побочных продуктов.

Схема 4

1с: R = CH2COOCH3 Id: R = СН2СН2СООСН3 1Ь: R = СН(СООСН3)2

R R

9a: R = CH2COOCH3 9b: R = CH2CH2COOCH, 9c: R = CH(COOCH3b

R WR'

10a: R' = CH2C02H 10b: R' = СН2СНгС02Н 10c: R = CH(COOH)2

Калиевые или натриевые соли синтезированных свободных кислот 10а-с, содержащие 8 или 16 солюбилизирующих карбоксилатных групп, являются первыми описанными хорошо растворимыми в воде индивидуальными производными фуллерена С70 (растворимость более 150мг/мл). Результаты изучения биологических свойств этих соединений приведены в разделах 6-8.

3. Новый тип аминопроизводных фуллерена С6о Полученные нами арилированные поликарбоксильные производные фуллеренов отличаются высокой растворимостью в воде, стабильностью, низкой токсичностью и проявляют различную биологическую активность. Тем не менее, методы их получения остаются довольно сложными и трудоемкими. Поэтому было решено детально изучить реакцию хлорфуллерена С6оС16 с мягкими нуклеофилами - первичными и вторичными алифатическими аминами - как метода получения водорастворимых производных фуллерена Ceo- Описанное в литературе исследование реакции хлорфуллерена С6оС16 с вторичными аминами указывает на образование соединений состава Сбо(Т®2)2 с невысокими выходами и смеси продуктов с 4-6 присоединенными остатками аминов [Troshina, О. A. et al. Tetrahedron. 2006. V. 62. P. 10147].

Было установлено, что в ходе реакции хлорфуллерена С6оС16 с широким кругом алифатических аминов при комнатной температуре и в присутствии основания замещаются только пять наиболее подвижных атомов хлора исходной молекулы (схема 5).

rlr2nh -ü-a-. r2r,n-fV-ÍI 1 ^а,-СРзСООН

11a-i

Схема 5

r2r,n

NR^í

leat CFiCOOH

r2r,n'

15 min, RT

'nr,r2 "tj; nr,r2

r2r,n

12a-f

X = H (12e, 12h) 13a: X = CI, R,R2N =

X = CI (12a-d,f-g,I) -NH^NH3*CF3COO'

13b: X = CI, R,R2N =

NH3*CF3COO-

Реакция протекает при комнатной температуре, не требует использования защитной атмосферы и дает высокие выходы продуктов (до 70 %), а в ряде случаев также позволяет обходиться без хроматографической очистки. Все это делает реакцию с аминами весьма удобным методом синтеза индивидуальных производных Сбо-

В отдельных случаях наряду с замещением хлора происходит также восстановление производного фуллерена, по-видимому, под действием избытка реагента, с образованием гидридных производных 12е и 12Ь (схема 5).

Таким способом был получен ряд аминопроизводных фуллерена 12а-ь После снятия защитных групп были получены водорастворимые соединения 13а-с. К сожалению, получить водорастворимые соединения из производных с остатками природных аминокислот (12а-(1) и замещенных пиперазинов (12Ь-1) не удалось из-за неустойчивости исходных соединений в условиях снятия защитных групп.

4. Исследование состояния водорастворимых производных С60 и С70 в водном

растворе

Способность водорастворимых производных фуллеренов к агрегации в водном растворе хорошо известна: даже наиболее растворимые соединения присутствуют в

растворах в виде агрегатов [Quaranta, А. et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 843]. Особенности агрегации соединений имеют важное значение для понимания их биологических свойств, поэтому было предпринято изучение агрегации синтезированных производных фуллеренов методами оптической спектроскопии и динамического рассеяния света.

На рис. 1 приведены оптические спектры поглощения для эфирного производного 2с в толуольном растворе, свободной пентакарбоновой кислоты Зс в этаноле и калиевой соли кислоты Зс (обозначено Зс-К1) в воде. Видно, что в последнем случае полосы поглощения сильно уширены, что свидетельствует о существенно большей агрегации производных фуллеренов именно в полярной водной среде. Аналогичное поведение характерно для аминокислотных производных С6о 12е, 13с и 13с-К (рис. 2).

Агрегация соединений была изучена методом динамического рассеяния света (ДРС), позволяющим определять распределение по размеру присутствующих в растворах наночастиц. На рис. 3 показаны полученные распределения по размерам частиц в водных растворах четырех различных поликарбоксильных соединений.

Было установлено, что в растворах всех изученных соединений преобладают нано-агрегаты с размером около 70-100 нм и узким распределением по размерам. В некоторых случаях (соединения За-К и 8Ь-К) в растворе зафиксировано присутствие небольшого количества мономерной формы соединений (размер приблизительно 2 нм).

Рис. 1. Спектры поглощения Рис. 2. Спектры поглощения

соединений 2с, Зс и Зс-К соединений 12е, 13с и 13с-К

Неожиданным является тот факт, что структурно отличные от пентаарилирован-ных производных С6о производные фуллерена С70, содержащие восемь присоединенных аддендов, обладают весьма похожим агрегационным поведением (рис 3, г).

1 Здесь и далее соли поликарбоксильных производных фуллеренов обозначаются указанием катиона после названия соединения (например, 10а-К - калиевая соль соединения 10а).

0.29'

лг

| 0.15-

I в

5 0.05-

?о,

10*

10« ¿ь. пт

10* ||м пт

со с

1о 3-

0.25 •

|0.15-

1 01-

| ^ Й0.05-

0- ' ...........' .....

10*

10* <!„, лт

10'

10" (1м пт

Рис. 3. Результаты измерения ДРС для растворов соединений За-К (а), ба-К (б), 8Ь-К (в) и 10а-К (г)

Для одного из соединений - производного 3<1-К - было показано, что размер агрегатов в водном растворе практически не зависит от температуры в диапазоне от 10 до 30 °С и от концентрации производного в пределах от 0,125 мг/мл до 4 мг/мл.

Можно предполагать, что агрегационные свойства производных фуллеренов будут иметь важное значение при их возможном использовании в медицине. Так, например, образуемые производными фуллеренов наночастицы имеют размер, близкий к оптимальному с точки зрения использования в качестве носителей лекарств. В то же время, присутствие в растворе небольшого количества мономерной формы соединений делает возможным проявление этими веществами тех видов биологической активности, для которых имеет значение трехмерная структура производного фуллерена (например, взаимодействие с конкретными биомолекулами-мишенями).

5. Синтез водорастворимых конъюгатов на основе поликарбоксильных производных фуллерена С6о и молекул биологически активных соединений

Отдельный интерес для возможного биомедицинского использования представляют конъюгаты биологически активных малых молекул с производными фуллеренов, потенциально сочетающие фармакокинетические свойства фуллеренов с терапевтическим действием присоединенных веществ.

В настоящей работе был синтезирован ряд конъюгатов поликарбоксильных произ-

водных фуллеренов с фрагментами биологически активных соединений, имеющих реакционноспособную аминогруппу. Для синтеза использовался классический карбо-диимидный способ создания амидной связи.

Схема 6

Таким образом были получены соединения, содержащие присоединенные к фул-лереновому каркасу остатки пептидов карнозина и аланил-глицил-глицина, молекул лекарственных препаратов - леводопы, амантадина и римантадина, антрациклинового антибиотика рубоксила (схема 6).

При присоединении малых молекул, которые сами по себе содержат хотя бы одну солюбилизирующую группу, возможно использование для конъюгации всех пяти карбоксильных групп производного Сбо, растворимость продуктов в воде при этом сохраняется (схема 7). Так были получены соединения, содержащие пять присоединенных остатков 2-аминоэтилфосфоновой кислоты, аминокислот глицина и 6-аминокапроновой кислоты.

Все полученные конъюгаты 14а-{ и 15а-с были хорошо растворимы в воде в виде калиевых солей и использовались для исследования биологической активности.

НООС-(Н2С)2'

(СН2)2-СООН

<сн2)2-соон

rhnoc4h2c)2

1. 7 eq HO-Su, DCC, 4-DMAP

2. R-NH2. Et3N

rhnoc4h2c)2-

hooc-<h2c)2

rhnoc-(h2c)2

Схема 7

(chjrconhr

(ch2)2-conhr

15a: R = CH2CH2P(0)(0H)2 15b: R = CH2COOH 15c: R = (CH2)5COOH

6. Исследование острой токсичности и цитотоксичности водорастворимых производных фуллеренов СбО И С70

Первым этапом изучения биологической активности новых соединений является оценка их токсичности в опытах in vitro и in vivo.

Токсикологические параметры острой токсичности (максимальная переносимая доза МПД, среднесмертельная доза ЛД50 и непереносимая доза ЛДюо) при внутри-брюшинном введении для девяти полученных соединений были определены в опытах на мышах-гибридах BDF] (исследования проводились в ИПХФ РАН под руководством д. б. н. Н. П. Коноваловой и в ИФАВ РАН под руководством д. м. н. А. С. Кинзирского). Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1. Острая токсичность водорастворимых производных фуллеренов

№ Соединение МПД, мг/кг ЛД5о, мг/кг ЛДюо, мг/кг

1 За-К 200 300 400

2 Зс-К 100 340 400

3 3d-K 400 580 700

4 ба-К 100 138 160

5 бс-К 600 840 900

6 8Ь-К 100 265 400

7 Юа-К 100 560 800

8 13а 250 680 1000

Изученные водорастворимые производные фуллеренов относились к малотоксичным веществам (IV класс токсичности по токсикологической классификации), что позволяет рассчитывать на их безопасное применение in vivo. Соединения 3d-K и бс-К наименее токсичны среди всех известных водорастворимых соединений С6о, обладающих индивидуальной структурой (менее токсичными являются полигидроксили-рованные производные, т. н. фуллеренолы [Bobylev, A. G. et al. Org. Biomol. Chem. 2011. V. 9. P. 5714]).

Результаты изучения цитотоксичности, проведенного для большинства получен-

ных в работе водорастворимых соединений (данные полностью приведены и проанализированы в тексте диссертации), хорошо коррелируют с результатами определения острой токсичности. Анализ полученных данных по цитотоксичности и острой токсичности позволил выявить ряд закономерностей, связывающих уровень токсичности соединений с их молекулярной структурой.

1. Токсичность арилированных производных Сбо, содержащих остатки коротких феноксикарбоновых кислот (ба-К и 8f-K), несколько выше, чем токсичность аналогичных производных, содержащих короткие остатки фенилкар-боновых кислот (Зс-К и 8Ь-К).

2. Токсичность арилированных производных Сбо, содержащих остатки фенил-карбоновых и феноксикарбоновых кислот, существенно понижается при увеличении числа атомов углерода в алифатической цепи остатка кислоты (например, токсичность снижается в рядах За-К - Зс-К - 3d-K и ба-К - 6Ь-К -бс-К).

3. Токсичность гидридных производных фуллерена Сбо (8а-К - 8с-К, 8f-K - 8h-К) принципиально не отличается от токсичности соответствующих хлорсо-держащих аналогов (За-К, Зс-К, 3d-K, ба-К - бс-К).

4. Поликарбоксильное арилированное производное фуллерена С70 10а-К обладает низкой острой токсичностью (ЛД50 более 500 мг/кг), что, возможно, указывает на высокую биосовместимость каркаса С70. Этот вывод подтверждают данные по цитотоксичности для соединений Юа-К - 10с-К.

Конъюгаты производных фуллеренов с нетоксичными малыми молекулами также отличались низкой токсичностью. Высокую цитотоксичность на культуре раковых клеток HeLa показал только конъюгат 14f с цитотоксическим антибиотиком рубокси-лом, что объясняется природой присоединенной малой молекулы.

7. Анти-ВИЧ активность водорастворимых производных фуллеренов

Ранее была известна выраженная анти-ВИЧ активность для поликарбоксильных производных За-b в опытах in vitro на инфицированных Т-лимфоцитах человека СЕМ [Troshina, О. А. et al. Org. Biomol. Chem. 2007. V. 5. P. 2783]. Одной из главных задач данной работы был поиск фуллереновых противовирусных препаратов с более высокой активностью и изучение зависимости анти-ВИЧ активности соединений от их молекулярного строения. Результаты изучения анти-ВИЧ активности синтезирован-

ных производных на клетках СЕМ приведены в таблице 2 (данные получены в лаборатории проф. Я. Бальзарини, Институт медицинских исследований, г. Лёвен).

Таблица 2. Анти-ВИЧ активность водорастворимых производных фуллеренов

№ Соединение ИД50, мкг/мл1 ХТИ=ЦЦ5о/ИД5„2

ВИЧ-1 ВИЧ-2 ВИЧ-1 ВИЧ-2

1 За-К 2,0±0,71J 7,0±1,4J >52J >14J

7,2±1,5 9,4±3,7 - -

2 ЗЬ-К 5,67±1,533 17,7±8,7J >17J >6j

7,6±2,0 7,9±0,49 - -

3 Зс-К 5,7±2,4 17±4,2 >18 >6

4 3d-K 5,8±0,64 28 ± 11 >17 >4

5 3g-K 50±11 28±11 - -

6 3h-K 37±0,1 31±15 - -

7 ба-К 6,0±0,92 16±5,7 15 6

8 6b-K 8,5±0,71 8,6±0,49 - _

9 бс-К 7,4±1,2 35±4,2 >27 >6

10 8а-К 6,9±2,2 12±3,0 10 6

11 8b-K 7,3±1,6 9,0±1,1 12 10

12 8с-К 8,2±0,28 36±0,0 >24 >6

13 8f-K 8,0±0,0 13±2,1 10 6

14 8g-K 8,3±0,14 13±0,1 - -

15 8h-K 6,6±1,3 38±5,7 >30 >5

16 Юа-К 4,2±1,6 53±0,0 >24 >2

17 10b-K 8,2±0,64 42±4,9 >24 >5

18 lOc-K 1,5±0,49 8,6±0,49 >67 > 12

19 13a >44 >44 - -

20 14a-K 6,5±0,57 10±0,99 - -

21 14b-K 4,2±3,8 6,0±4,6 - _

22 14c-K 8,6±0,42 10±1,5 - -

23 14f-K н/а н/а - -

24 15a-K 12±3,5 10±2,2 - -

25 15b-K 5,0±3,5 5,3±4,2 - -

26 15c-K 3,8±3,5 7,8±1,6 - -

1. ИД50 — 50%-ная ингибирующая доза; концентрация производного в культуральной среде, на 50% ингибирующая вызванные вирусом цитопатологии.

2. ХТИ — химиотерапевтический индекс, определяется как отношение 50%-ной цитотоксической дозы соединения, при которой жизнеспособность клеток понижается на 50% по сравнению с контролем, к дозе ИД50 для того же соединения.

3. Данные из работы [Troshina, О. A. et al. Org. Biomol. Chem. 2007. V. 5. P. 2783].

4. При более высокой концентрации соединения наблюдалось его осаждение из культуральной среды, что делало невозможным определение противовирусной активности.

Все фенилированные производные фуллеренов и конъюгаты на их основе обладают высокой активностью против ВИЧ-1, а также более или менее выраженной активностью против ВИЧ-2. Это не является удивительным, принимая во внимания известную активность соединений За-b. Неожиданным, однако, является отсутствие выраженной зависимости активности фенилированных производных С60 от их молекуляр-

ной структуры - ингнбирующая концентрация ИД50 составляет для всех соединений примерно 3,5 мкМ. Можно предположить поэтому, что фармакофорным фрагментом в таких соединениях является каркас фуллерена с присоединенными к нему пятью фенильными группами. Только у производных 3g-h, содержащих объемные остатки бифенилуксусной или нафтилуксусной кислот, наблюдалось выраженное изменение (в сторону понижения) их анти-ВИЧ-1 активности.

Большой интерес представляет обнаружение у водорастворимых поликарбоксильных производных С70 анти-ВИЧ активности, превосходящей активность производных Сбо- Лучшее соединение 10с показало активность в наномолярном диапазоне концентраций (ИД50 5 00±160 нМ) при высокой величине ХТИ. Значения активности для этого соединения сопоставимы с лучшими показателями среди всех исследованных ранее производных фуллеренов (в работе [Shuster, D. et al. Proceedings of the Electrochemical Society of USA. 2000. P. 267] приводится значение ИД50, равное 200 нМ, для дендри-мерного моноадцукта С60, содержащего 18 карбоксильных групп). Можно предположить, что водорастворимые производные С7о имеют особенно высокий потенциал использования в качестве антиретровирусных препаратов.

Методом поверхностного плазмонного резонанса1 было показано, что производные 10а-Ь обладают способностью связываться с иммобилизированным на поверхности биочипа белком gpl20 из штамма вируса ВИЧ-1 Шв. Связывание с gpl20 и инги-бирование его активности является важным механизмом анти-ВИЧ активности некоторых антиретровирусных препаратов. Такая способность была впервые продемонстрирована для поликарбоксильных производных фуллеренов на примере соединений Юа-Ь. Можно предполагать, что именно она обуславливает их анти-ВИЧ активность.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования производных фуллеренов в качестве лекарственных и/или профилактических препаратов для борьбы с ВИЧ-инфекцией.

8. Противовирусная активность производных фуллеренов в отношении других

вирусов

В сотрудничестве с НИИ вирусологии им. Д. И. Ивановского изучалась противовирусная активность производных фуллеренов в отношении вирусов простого герпеса (ВПГ) и цитомегаловируса (ЦМВ). Результаты определения активности in vitro по от-

1 Исследования проведены Б. Хорелбеке в лаборатории проф. Я. Бальзарини (Бельгия).

ношению к указанным герпесвирусам приведены в таблице 3.

Таблица 3. Противогерпетическая активность производных фуллеренов

Соединение Клеточная линия ЦЦ50, мкг/мл Вирус ИД50, мкг/мл ХТИ=ЦД5о/ИД5о

За-К Vero 485 впг 7,4 65

HELF 50 цмв н/а* н/а

ЗЬ-К Vero 1045 впг 12 87

HELF 475 цмв н/а н/а

Зс-К Vero 1065 впг 20 53

HELF 40 цмв н/а н/а

3d-K Vero >2000 впг 2,9 >690

HELF 1260 цмв 8,4 150

3g-K Vero 1760 впг 0,98 1796

HELF 670 цмв н/а н/а

3h-K Vero 1630 впг 5,9 276

HELF 486 цмв н/а н/а

ба-К Vero 1020 впг 0,52 1960

HELF 45 цмв н/а н/а

6b-K Vero 1410 впг 23 61

HELF 58 цмв 3 19

бс-К Vero 2000 впг 18 111

HELF 1269 цмв 10 127

8b-K Vero 1100 впг 14,8 74

HELF 41 цмв 0,57 72

8g-K Vero 1400 впг н/а н/а

HELF 474 цмв 17 28

10b-K Vero 222 впг н/а н/а

HELF 191 цмв н/а н/а

14a-K Vero 2320 впг 0,58 4000

HELF 428 цмв 32 13

14f-K Vero 700 впг 50 14

HELF 304 цмв 7 43

* н/а - не активно.

Все изученные поликарбоксильные производные Сйо оказались активны по отношению хотя бы к одному из двух названных вирусов, и только производное С70 - ЮЬ-К - оказалось полностью неактивным. Для большинства соединений значения ИД50 лежат в микромолярном диапазоне, иногда опускаясь ниже 1 мкМ (соединения 6а, 8Ь и 14а). Тем не менее, благодаря весьма низкой цитотоксичности ХТИ часто превышает значение 100, а иногда и 1000. В настоящее время трудно сделать выводы о закономерностях структура-активность для этого типа биологической активности, однако обнаружение широкого круга активных соединений позволяет рассчитывать на разработку на их основе новых противогерпетических лекарственных средств.

Отдельно следует остановиться на обнаружении у некоторых соединений активно-

го

сти против вирусов гриппа различных типов. Показатели противогриппозной активности для соединений, проявивших противовирусную активность в опытах in vitro, приведены в табл. 4 вместе с данными для клинических лекарственных средств.

Таблица 4. Противогриппозная активность производных фуллеренов1

В-во ЦД50, мкг/мл грипп А подтип H1N1 грипп А подтип H3N2 грипп Б

ИДад хти ид5„ ХТИ ид5„ ХТИ

ЗЬ-К > 100 10,5 ±2,1 >9 9 ±0,1 > 10 >20 -

3h-K 10,3 ±4,3 >4 - 3± 1,4 3,5 >4 _

6b-K > 100 >20 - 3± 1,4 >33 >20 -

8b-K > 100 8 ± 1 > 12 9 ±0,1 >11 >20 -

8f-K 13,5 ±0,5 1,5 ±0,5 9 >4 - >4 -

lOb-K > 100 4,2-11,5 > 12 4,2-10,5 > 13 4,2-12,5 > 12

10c-K >100 32,5±17,7 >3 10,5 ±2,1 >9 > 100 -

14a-K > 100 > 100 - 20 >5 > 100 -

15a-K > 100 39,5±7,8 >2 8 ±5,7 > 12 > 100 -

Риман-тадин* >200 144 ±78 - 0,7 ± 0,1 >285 >200 -

Аман-тадин* >200 89 ± 1 - 0,9 ±0,07 >220 >200 -

Осельтамивир* > 100 14,5±7,8 >7 0,5 ±0,1 >200 52 ± 67,9 -

Рибавирин* > 100 5,5 ±2,1 > 18 4,5 ± 3,5 >22 9 ±0,1 >11

* Значения приведены в мкМ.

Восемь соединений показали активность против одного или двух штаммов гриппа А, а одно соединение — производное С70 10Ь-К - по отношению ко всем трем изученным субтипам вируса, в том числе к вирусу гриппа Б. Как показало расширенное изучение активности на девяти различных штаммах вирусов гриппа А и Б, соединение 10Ь-К сопоставимо по активности и селективности с клиническими противовирусными препаратами, такими как осельтамивир и рибавирин.

Этот результат представляется особенно важным, поскольку в настоящее время для лечения гриппа разрешены только четыре противовирусных препарата, которые постепенно теряют эффективность из-за возникновения резистентных штаммов. Возможно, на основе водорастворимых производных фуллеренов могут быть разработаны новые препараты для лечения этого опасного заболевания.

Изучена активность производных фуллеренов в отношении одиннадцати других

1 Данные получены в лаборатории проф. Я. Бальзарини.

вирусов: кошачьего коронавируса (вирус кошачьего инфекционного перитонита, FIPV), вируса кошачьего герпеса, вируса вакцинии, респираторного синтициального вируса человека, парагриппа типа 3, вируса Синдбис, вируса Пунта Topo, вируса везикулярного стоматита, реовируса-1, вируса Коксаки В4, вируса ветряной оспы (VZV). По отношению ко всем указанным вирусам, за исключением четырех последних, были выявлены соединения с более или менее выраженной ингибирующей активностью in vitro.

Одним из возможных подходов для улучшения противовирусной активности соединений фуллеренов является их конъюгация с биологически активными молекулами. Например, конъюгат 14а, который получен путем ковалентного присоединения одного фрагмента карнозина (Р-аланилгистидина) к производному Зс, более чем в 30 раз активнее в отношении вируса простого герпеса, а его цитотоксичность ниже более чем в два раза по сравнению с исходным соединением. В результате соединение 14а обладает весьма высоким химиотерапевтическим индексом - 4000 (табл. 3). Кроме того, конъюгат 14а становится активным против цитомегаловируса человека и гриппа H3N2, на которые не действовало исходное производное фуллерена Зс (табл. 3,4).

Проведенная работа по синтезу и исследованию широкой группы новых биологически активных производных фуллеренов позволила выявить 23 новых соединения с различной противовирусной активностью. Для производных фуллеренов впервые обнаружено ингибирование гликопротеина gpl20 вируса ВИЧ-1 и активность против вирусов гриппа А и Б. Некоторые поликарбоксильные соединения (ба-с, 8b, 10b, 14а) активны одновременно против 5-10 различных вирусов и в ряде случаях сопоставимы по эффективности с клиническими препаратами.

Полученные в работе результаты позволяют рекомендовать целый ряд производных фуллеренов для проведения доклинических и клинических испытаний, которые позволят ответить на вопрос о возможности создания на их основе нового класса клинических противовирусных средств.

В экспериментальной части указаны использовавшиеся в работе приборы, дано описание экспериментальных методик, приведены физико-химические константы синтезированных веществ.

В разделе выводов подведены итоги работы.

1. Разработан эффективный метод синтеза водорастворимых производных фулле-рена С70, основанный на реакции арилирования хлорпроизводных C7oClg и С7оС1ю. Синтезировано 32 новых водорастворимых производных фуллеренов Сбо и С70. Строение всех вновь полученных соединений подтверждено комплексом современных физико-химических методов.

2. Получена новая группа аминопроизводных фуллерена Сбо состава C6o(NR.2)5X (Х=С1, Н), в том числе водорастворимые аддукты с аминокислотами и аминами. Показано, что селективная реакция хлорфуллерена СбоС1в с первичными и вторичными аминами является простым методом синтеза индивидуальных пентаами-нированных производных фуллерена Сбо-

3. Исследование водных растворов ряда производных фуллеренов с использованием методов оптической спектроскопии и динамического рассеяния света показало формирование наноагрегатов со средним размером около 100 нм и узким распределением по размерам. Такие наночастицы представляют интерес для изучения в качестве средств направленной доставки лекарственных препаратов.

4. Изучены токсические свойства производных фуллеренов в опытах на клеточных культурах и лабораторных животных. Найдены отдельные закономерности, связывающие токсичность и молекулярное строение соединений. Низкая токсичность большинства полученных производных фуллеренов указывает на безопасность их применения в живых системах.

5. Выявлена противовирусная активность синтезированных производных фуллеренов по отношению к широкому кругу вирусов в экспериментах in vitro. Поликарбоксильные производные Сбо и С70 подавляют вирус иммунодефицита человека, вирус простого герпеса и цитомегаловирус в наномолярном и нижнем микромолярном диапазоне концентраций. Некоторые соединения активны также против вирусов кошачьего инфекционного перитонита, кошачьего герпеса, вакцинии, респираторного синтициального вируса человека, парагриппа типа 3, вируса Синдбис и вируса Пунта Торо. Установлен новый механизм анти-ВИЧ активности производных фуллеренов -связывание с поверхностным гликопротеином вируса gpl20.

6. Предложен простой метод усиления противовирусной активности поликарбоксильных производных фуллерена, основанный на их конъюгации с биологически активными малыми молекулами. Присоединение карнозина к поликарбоксильному производному фуллерена позволило повысить его противогерпетическую активность в 30 раз, снизить цитотоксичность в два раза и получить в результате препарат с индексом селективности, равным 4000.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы использования фуллеренов и их производных в медицине представлялись весьма обширными перед началом данной работы. Полученные результаты в еще большей степени подтверждают необходимость дальнейшего развития этой области исследований. К настоящему моменту накоплено необходимое количество первичной информации для перевода работ по биологически активным производным фуллеренов из фундаментальной области в область доклинических испытаний, клинических испытаний и практического внедрения.

В исследованиях химии и технологии фуллеренов Россия занимает одно из лидирующих мест. В нашей стране создано конкурентоспособное промышленное производство фуллеренового экстракта и чистых фуллеренов, что является необходимой предпосылкой для их практического использования. Можно надеяться, что накопленные знания и опыт будут использованы для разработки оригинальных отечественных лекарственных препаратов, которые будут в последующем внедрены на практике.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых журналах:

1. Kornev, А. В. Synthesis and antiviral activity of highly water-soluble polycarboxylic derivatives of [70]fullerene / A. B. Kornev, A. S. Peregudov, V. M. Martynenko, J. Balzarini, B. Hoorelbeke, P. A. Troshin // Chem. Commun. - 2011. - V. 47. - P. 8298-8300.

2. Kornev, A. B. Facile preparation of amine and amino acid adducts of [60]fullerene using chlorofullerene С60С1б as a precursor / A. B. Kornev, E. A. Khakina, S. I. Troyanov, A. A. Kushch, D. G. Deryabin, A. S. Peregudov, A. Vasilchenko, V. M. Martynenko, P. A. Troshin // Chem. Commun. - 2012. -V. 48. - P. 5461-5463.

3. Fedorova, N. E. Carboxylic fullerene C6o derivatives: efficient microbicides against herpes simplex and cytomegalovirus infections in vitro / N. E. Fedorova, R. R. Klimova, Yu. A. Tulenev, E. V. Chichev, A. B. Kornev, P. A. Troshin, A. A. Kushch // Mendeleev Commun. - 2012. - V. 22. - P. 254-256.

4. Гольдшлегер, H. Ф. Поведение окта(бензо-15-краун-5)- и тетрасульфофтапо-цианинов в присутствии водорастворимых соединений С6о / Н. Ф. Гольдшлегер, А. Б. Корнев, А. В. Баринов, П. А. Трошин, А. И. Котельников, В. Е. Баулин, А. Ю. Цивадзе // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2012. - Т. 6. -С. 1228-1235.

5. Баринов, А. В. Фотодинамическая активность гибридной наноструктуры на основе поликатионного производного фуллерена и ксантенового красителя эозина Y / А. В. Баринов, Н. С. Горячев, Д. А. Полетаева, А. Ю. Рыбкин, А. Б. Корнев, П. А. Трошин, Ф. И. Шмитт, Г. Ренгер, Г. И. Эйхлер, А. И. Котельников // Рос-

сийские нанотехнологии. - 2012. - Т. 7. - № 7-8. - С. 66-70.

6. Полетаева, Д. А. Оценка мембранотропности водорастворимых полизамещен-ных производных фуллеренов люминесцентными методами / Д. А. Полетаева, Р. А. Котельникова, Д. В. Мищенко, А. Ю. Рыбкин, А. В. Смолина, И. И. Файн-гольд, П. А. Трошин, А. Б. Корнев, Е. А. Хакина, А. И. Котельников // Российские нанотехнологии. - 2012. - Т. 7. - № 3-4. - С. 64-68.

7. Kotelnikov, A. I. Hybrid photoactive fullerene derivative-ruboxyl nanostructures for photodynamic therapy / A. I. Kotelnikov, A. Yu. Rybkin, E. A. Khakina, A. B. Kornev, A. V. Barinov, N. S. Goryachev, A. V. Ivanchikhina, A. S. Peregudov, V. M. Martynenko and P. A. Troshin // Org. Biomol. Chem. - 2013. - V. 11. - P. 4397-4404.

Обзорные работы:

1. Корнев, А. Б. Биологически активные производные фуллеренов, методы их получения и применение в медицине / А. Б. Корнев, О. А. Трошина, П. А. Трошин // В кн. «Органические и гибридные наноматериалы: тенденции и перспективы» / под ред. В. Ф. Разумова [и др]. - Иваново: Иван. гос. ун-т, 2013. - С. 392-502.

Патенты

1. Аминофуллерены и способ их получения : пат. 2460688 Рос. Федерация : МПК С 01 В 31/00, С 07 С 229/00, В 82 В 1/00, В 82 В 3/00, В 82 Y 5/00, В 82 Y 30/00 / Трошин П. А., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Разумов В. Ф. ; заявители и патентообладатели Институт проблем химической физики РАН, Российская Федерация в лице Министерства образования и науки. - № 2010127788/05 ; заявл. 07.07.2010 ; опубл. 10.09.2012, Бюл. № 25.

2. Водорастворимые арилированные производные С70 и способ их получения : пат. 2477267 Рос. Федерация : МПК С 07 С 57/40, С 07 С 51/09, С 07 С 27/02, А 61 К 31/194 / Корнев А. Б., Трошин П. А., Разумов В. Ф. ; заявитель и патентообладатель Институт проблем химической физики РАН. - № 2011111780/04 ; заявл. 30.03.2011 ; опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7.

Тезисы докладов

1. Kotelnikov A. I., Rybkin A. Yu., Goryachev N. S., Kornev А. В., Khakina E. A., Troshin P. A. Hybrid nanostructures on the basis of water soluble fullerene derivatives and days for photodynamic therapy // Book of Abstracts. The 3-rd International Symposium «Molecular Photonics». June 24-29,2012, St. Petersburg, Russia. P. 63.

2. Rybkin A. Yu., Barinov A. V., Goryachev N. S., Kornev А. В., Khakina E. A., Troshin P. A., Kotelnikov A. I. Hybrid molecular systems based on fullerene derivative and day as potential drugs for photodynamic therapy // Book of Abstracts. The 3rd International Symposium «Molecular Photonics». June 24-29, 2012, St. Petersburg, Russia. P. 182.

3. Котельников А. И., Котельникова P. А., Коновалова H. П., Богданов Г. H., Романова В. С., Файнгольд И. И., Мищенко Д. В., Полетаева Д. А., Смолина А. В., Рыбкин А. Ю., Горячев Н. С., Кареев И. Е., Бубнов В. П., Ягубский Э. Б., Кор-

нев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А. Гибридные наноструктуры на основе фуллеренов для применения в терапии и диагностике социально значимых заболеваний // Сборник материалов. V Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине». 4-8 июня 2012 г. г. Троицк Московской обл. С. 16-18.

4. Рыбкин А. Ю., Баринов А. В., Горячев Н. С., Корнев А. Б., Трошин П. А., Котельников А. И. Гибридные структуры на основе поликатионного производного фуллерена и красителя как потенциальные препараты для фотодинамической терапии // Сборник материалов. V Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине». 4-8 июня 2012 г. г. Троицк Московской обл. С. 277-279.

5. Котельникова Р. А., Полетаева Д. А., Мищенко Д. В., Рыбкин А. Ю., Файн-гольд И. И., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А., Котельников А. И. Исследование биологической активности водорастворимых полизамещенных производных фуллеренов методами оптической спектроскопии // Сборник материалов. V Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине». 4-8 июня 2012 г. г. Троицк Московской обл. С. 171-173.

6. Котельников А. К, Котельникова Р. А., Баринов А. В., Горячев Н. С., Романова

B. С., Файнгольд И. И., Полетаева Д. А., Рыбкин А. Ю., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А. Гибридные наноструктуры на основе фуллеренов и красителей для фотодинамической терапии // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Фотоника органических и гибридных наноструктур», Черноголовка, 5-9 сентября 2011 года. С. 80.

7. Котельникова Р. А., Полетаева Д. А., Мищенко Д. В., Рыбкин А. Ю., Файнгольд И. И., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А., Котельников А. И. Изучение молекулярных механизмов биологического действия водорастворимых производных фуллеренов люминесцентными методами // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Фотоника органических и гибридных наноструктур», Черноголовка, 5-9 сентября 2011 года. С. 81.

8. Полетаева Д. А., Смолина А. В., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А., Котельникова Р. А., Котельников А. И. Метод триплетных зондов в изучении мем-бранотропных свойств полизамещенных водорастворимых производных фуллеренов // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Фотоника органических и гибридных наноструктур», Черноголовка, 5-9 сентября 2011 года.

C. 119.

9. Рыбкин А. Ю., Мищенко Д. В., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А., Котельникова Р. А., Котельников А. И. Оценка антирадикальных свойств водорас-воримых полизамещенных производных фуллерена С60 методом хемилюминес-ценции // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции «Фотоника органических и гибридных наноструктур», Черноголовка, 5-9 сентября 2011 года. С. 133.

10. Мищенко Д. В., Рыбкин А. Ю., Корнев А. Б., Файнгольд И. И., Хакина Е. А.,

Полетаева Д. А., Смолина А. В., Котельникова Р. А., Трошин П. А., Богданов Г. Н., Романова В. С. Ингибирование пероксидного окисления липидов водорастворимыми производными фуллерена Сбо // Сборник тезисов докладов Всероссийской молодежной конференции «Успехи химической физики», Черноголовка, 21-23 июня 2011 г. С. 207.

11. Рыбкин А. Ю., Мищенко Д. В., Хакина Е. А., Корнев А. Б., Смолина A.A., Трошин П. А., Богданов Г. Н., Котельников А. И., Котельникова Р. А. Оценка ан-тиоксидантных свойств водорастворимымых производных фуллерена С60 методом хемилюминесценции // Сборник тезисов докладов Всероссийской молодежной конференции «Успехи химической физики», Черноголовка, 21-23 июня 2011 г. С. 209.

12. Rybkin А. Yu., Poletaeva D.A., Troshin P.A., Kornev A.B., Khakina E. A., Smolina A. V., Shtolko V. N., Kotelnikov A. I. Antiradical activity of water soluble derivatives of fullerenes // Тезисы в сборнике материалов седьмой национальной научно-практической конференции с международным участием «Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека», Смоленск, 1418 сентября 2011 года. С. 138-139.

13. Смолина А. А., Корнев А. Б., Полетаева Д. А., Хакина Е. А., Файнгольд И. И., Котельникова Р. А., Богданов Г. Н., Трошин П. А., Котельников А. И. Водорастворимые полизамещенные производные фуллерена Сбо и мембраносвязанные ферменты // Тезисы в научном издании «Химическая физика вчера, сегодня, завтра» под общей редакцией академика А. А. Берлина. Юбилейная научная конференция, Москва, 12-14 октября 2011 года. С. 75.

14. Полетаева Д. А., Котельникова Р. А., Котельников А. И., Корнев А. Б., Хакина Е. А., Трошин П. А. Локализация водорастворимых полизамещенных производных фуллеренов в структуре мембран фосфатидилхолиновых липосом // Тезисы 54-й научной конференции МФТИ - Всероссийская молодежная научная конференция «Проблемы фундаментальных и прикладных, естественных и технических наук в современном информационном обществе», Долгопрудный, 25-26 ноября 2011 года.

Заказ № 18-А/09/2013 Подписано в печать 04.09.2013 Тираж 120 экз. Усл. п.л. 1.4

"Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 К,'/ www.cfr.ru ; e-maihinfo@cfr.ru

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Корнев, Алексей Борисович, Черноголовка

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ РАН

На правах рукописи

04201361964

КОРНЕВ АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ

02.00.03 - органическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: кандидат химических наук Трошин Павел Анатольевич

Черноголовка -2013

Благодарности

Автор выражает искреннюю признательность профессору, доктору химических наук Александру Сергеевичу Перегудову (ИНЭОС РАН) и кандидату химических наук Александру Владимировичу Черняку (ИПХФ РАН) за исследование полученных соединений методом ЯМР-спектроскопии.

Автор выражает глубокую благодарность профессору, доктору биологических наук Алле Александровне Кущ и сотрудникам лаборатории молекулярной вирусологии НИИ вирусологии им. Д. И. Ивановского кандидатам биологических наук Наталье Евгеньевне Федоровой, Регине Рафаиловне Климовой, Юрию Александровичу Тюленеву и Евгению Владимировичу Чичеву, а также профессору Яну Бальзарини и сотрудникам его лаборатории (Институт медицинских исследований, Католический университет г. Лёвена, Бельгия) за проведение исследований противовирусной активности и цитотоксичности полученных соединений; профессору, доктору биологических наук Нине Петровне Коноваловой, Татьяне Евгеньевне Сашенковой и сотрудникам лаборатории экспериментальной химиотерапии опухолей (ИПХФ РАН) за проведение исследований противоопухолевой активности и токсичности полученных в данной работе соединений; доктору химических наук Константину Валерьевичу Балакину (ИФАВ РАН) и доктору медицинских наук Александру Сергеевичу Кинзирскому (ИФАВ РАН) за проведенные исследования острой токсичности.

Автор благодарен кандидату химических наук Вячеславу Михайловичу Мартыненко (ИПХФ РАН) за помощь в характеризации соединений с помощью электроспрей масс-спектрометрии; кандидату химических наук Анастасии Георгиевне Буяновской (лаборатория микроанализа ИНЭОС РАН) и кандидату химических наук Галине Васильевне Гусевой (ИПХФ РАН) за выполнение элементного анализа.

Искреннюю благодарность автор приносит кандидату физико-математических наук Анастасии Викторовне Иванчихиной (ИПХФ РАН) за проведение исследования растворов производных фуллеренов методом динамического рассеяния света.

На отдельных этапах работы в постановке экспериментов участвовали студенты Глеб Олегович Карпов и Анатолий Николаевич Козырев. Автор благодарен всем своим коллегам и товарищам из группы полифункциональных материалов и органической электроники за ежедневную помощь в работе. Большую помощь при подготовке работы оказали сотрудники отдела аспирантуры ИПХФ РАН и отдела аспирантуры ИФАВ РАН, которых автор также искренне бла-

годарит.

Глубокую признательность автор выражает профессору, доктору химических наук Римме Николаевне Любовской за помощь, оказанную ею на отдельных этапах выполнения работы.

Автор благодарен профессору, доктору физико-математических наук, члену-корреспонденту РАН Владимиру Федоровичу Разумову за помощь при выполнении диссертационной работы.

Автор сердечно благодарит своего руководителя Павла Анатольевича Трошина за научное руководство и одинаково живое участие как в рабочих, так и в личных вопросах.

Оглавление

Благодарности...................................................................................................................................2

Оглавление..........................................................................................................................................3

Список использованных сокращений.............................................................................................4

1. Введение..........................................................................................................................................5

1.1 Актуальность темы исследования..........................................................................................5

1.2 Степень разработанности темы исследования....................................................................6

1.3 Цели и задачи работы................................................................................................................6

1.4 Теоретическая и практическая значимость работы............................................................7

1.5 Методология и методы исследования.....................................................................................8

1.6 Положения, выносимые на защиту..........................................................................................8

1.7 Научная новизна работы...........................................................................................................9

1.8 Личный вклад автора...............................................................................................................10

1.9 Степень достоверности и апробация работы.....................................................................10

1.10 Публикации..............................................................................................................................11

1.11 Объем и структура диссертации.........................................................................................14

2.Литературный обзор..................................................................................................................15

2.1 Основные реакции и методы функционачизации фуллеренов.............................................15

2.2 Биологически активные производные фуллеренов и методы их получения.......................21

3. Исходные предпосылки и цели данной работы.....................................................................74

4. Обсуждение результатов..........................................................................................................75

4.1. Получение водорастворимых производных фуллерена Сво по реакции арилирования хлорфуллерена CeoCle.....................................................................................................................75

4.2. Первые водорастворимые производные фуллерена С?о, полученные из хлорфуллеренов CjoCk и C70Clio................................................................................................................................90

4.3. Новый тип аминопроизводных фуллерена Сво......................................................................95

4.4. Исследование состояния водорастворимых производных С во и С?о в водном растворе 100

4.5. Синтез водорастворимых конъюгатов на основе поликарбоксильных производных фуллерена С во и молекул биологически активных соединенений.............................................109

4.6. Исследование острой токсичности и цитотоксичности водорастворимых производных фуллеренов Сбо и С70.....................................................................................................................113

4.7. Анти-ВИЧактивность водорастворимых производных фуллеренов.............................122

4.8. Противовирусная активность производных фуллеренов.................................................129

в отношении других вирусов........................................................................................................129

5. Экспериментальная часть.....................................................................................................138

6. Выводы........................................................................................................................................163

7. Литература...............................................................................................................................164

Список использованных сокращений

EWG - electron-withdrawing group, электроноакцепторная группа

РСВМ - [6,6]-phenyl Côi butyric acid methyl ester, органическое производное фуллерена

ВИЧ - вирус иммунодефицита человека

ВПГ - вирус простого герпеса 1,2 типа

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

ДБУ - 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен

ДМСО - диметилсульфоксид

ДРС - динамическое рассеяние света

ИД5о - 50%-ная ингибирующая доза (концентрация вещества в культуральной среде, вызывающая 50%-ное ингибирование цитопатического действия вируса) ЛД5о - 50%-ная летальная доза ТГФ - тетрагидрофуран ФЛЭЧ - диплоидные фибробласты человека ЦМВ -цитомегаловирус человека

ЦД50 - 50%-ная цитотоксическая доза (концентрация вещества в культуральной среде, вызывающая 50 %-ное ингибирование роста клеток)

1. Введение 1.1 Актуальность темы исследования

После открытия фуллеренов в 1985 г. масс-спектрометрическим методом в продуктах испарения графита под действием лазерного излучения,1 разработки метода их получения в макроколичествах (при электродуговом испарении графита или при неполном сгорании углеводоро-

<3 Л с

дов ) и эффективных методов разделения фуллеренов ' низший фуллерен Сбо высокой степени чистоты стал доступен в килограммовых количествах по цене менее 15 €/г. Достигнутый успех в области производства фуллеренов обеспечил возможность проведения широких исследований в области химии фуллеренов - красота и необычность уникальной сферической архитектуры этих молекулярных каркасов сразу привлекли внимание исследователей. Эти работы с самого начала носили в значительной степени прикладной характер и увенчались созданием новых материалов (например, метанофуллерен РСВМ, структура которого показана на рисунке 1, - не-

6 7

заменимый компонент органических солнечных батарей и полевых транзисторов ). Некоторые

производные фуллеренов интересны как высокотемпературные сверхпроводники, материалы нелинейной оптики,9 протонные проводники10 и т. д.

В последние годы активно обсуждается11 возможность создания лекарственных препаратов на основе водорастворимых производных фуллеренов, в основом содержащих ионогенные группы - амин-ные12 и карбоксильные.13'14 Это потенциальные противовирусные (в т. ч. анти-ВИЧ), нейрозащитные Рисунок 1. РСВМ - полупроводник п-типа препараты, средства фотодинамической терапии рака и т. д.15 Активным центром таких соединений является сферический каркас фуллерена, что обеспечивает их уникальные фармакологические и мембранотропные свойства, недостижимые для обычных препаратов.

Вероятность создания лекарственных препаратов или диагностических средств на основе фуллеренов или с их использованием представляется весьма высокой, что делает работы по данной тематике актуальными и востребованными в настоящее время с научной и практической точек зрения. Исследования в рамках данной работы были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (грант 12-03-31719 мол_а), Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственные контракты № 02.513.12.3103 и№ 16.512.11.2231), грантами Президента РФ (грант МК-4916.2011.3).

1.2 Степень разработанности темы исследования

Получение индивидуальных биологически активных производных фуллеренов является трудной задачей из-за необходимости проводить регио- и хемоселективную функционализацию чувствительных фуллереновых субстратов, добиваясь при этом получения соединений со специфическими свойствами (растворимость в воде, нетоксичность, химическая и биологическая стабильность и т. д.). Обычно для получения функциональных производных фуллеренов используют реакции циклоприсоединения, которые позволяют получать разнообразные моноад-дукты фуллеренов, в том числе с полезными свойствами.16 При получении таким путем водорастворимых производных требуется либо использование весьма сложных солюбилизирующих аддендов,13 либо многократное присоединение более простых аддендов с образованием смеси изомерных полиаддуктов,17 что существенно сужает возможности метода.

Из-за ограниченного потенциала реакции циклоприсоединения для синтеза биоактивных производных фуллеренов с указанной целью применялись другие методы, например, радикальное присоединение медьорганических соединений18 или аминов.19 Синтезируемые таким путем продукты пока не нашли широкого применения в исследованиях биологической активности, вероятно, из-за узкого круга получаемых соединений и трудностей работы с используемыми реагентами. Перспективным является также применение галогенфуллеренов в качестве прекурсоров для синтеза поликарбоксильных производных14 и аминопроизводных фуллеренов.20

Параллельно и независимо с исследованиями, проводившимися в рамках данной диссертационной работы, в той же лаборатории были найдены новые методы синтеза водорастворимых производных [60]фуллерена, основанные на реакциях хлорфуллерена СбоСЦ с тиолами21 и ал-килфосфитами.

1.3 Цели и задачи работы

Основной целью данной работы было изучение возможности создания лекарственных препаратов на основе производных фуллеренов. Для этого в работе решались следующие основные задачи.

2. Получение большой серии различных водорастворимых производных фуллеренов, подтверждение их состава, строения и чистоты с помощью комплекса физико-химических методов и наработка образцов соединений с целью последующего исследования их свойств.

1.4 Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты, полученные в данной работе, подтверждают перспективность применения производных фуллеренов в качестве противовирусных лекарственных препаратов. Такие виды биологической активности, как ингибирование гликопротеина gpl20 вируса ВИЧ-1 и противогриппозная активность, впервые обнаружены для производных фуллеренов, что представляет собственный теоретический интерес.

Методы синтеза, основанные на реакциях хлорфуллерена СбоС1б с аминами и арилирования хлорфуллеренов C70CI8 и C70CI10, позволяют получать индивидуальные водорастворимые производные фуллеренов в макроколичествах, что является необходимым условием для проведения систематического исследования их биологической активности и возможного практического применения. Поликарбоксильные арилированные производные фуллеренов Сбо и С70 обладают противовирусной активностью в отношении ряда вирусов, таких как ВИЧ-1, ВИЧ-2, вирус простого герпеса, цитомегаловирус, вирусы гриппа A (H1N1 и H3N2) и Б, вирус кошачьего инфекционного перитонита, вирус кошачьего герпеса, вирус вакцинии, респираторный синтициаль-ный вирус человека, парагрипп типа 3, вирус Синдбис, вирус Пунта Topo, и могут послужить основой для создания нового класса фуллеренсодержащих препаратов противовирусного действия. Достигнутые показатели активности, характеризуемые терапевтической дозой (ИД50) и химиотерапевтическим индексом (ХТИ), свидетельствуют о том, что эта задача может быть решена уже в ближайшем будущем.

1.5 Методология и методы исследования

При выполнении данной диссертационной работы была принята следующая методология исследований.

Вначале проводился химический синтез производных фуллерена с потенциальной биологической активностью. При этом использовались известные методы синтеза водорастворимых производных фуллеренов,14 а также новые подходы, основанные на использовании для получения водорастворимых производных хлор фуллеренов С70О8 и С7оС1ш в качестве прекурсоров и на селективной реакции хлорфуллерена СбоС1б с аминами.