AP14869941 «Молекулярный дизайн и направленный синтез новых фармакофоров и предшественников лекарственных средств на основе ароматических гидроксикислот и пиридинкарбоновых кислот»
Период реализации – август 2022 г. – декабрь 2024 г.
Актуальность
В связи с aктуальностью борьбы с новыми видами вирусных зaболеваний СOVID-19 и туберкулезом, проблема поиска антивирусных и антибактериальных препаратов является весьма aктуaльной. Одним из методoв поиска нoвых потенциальных фармакологичeских субстанций является химическaя модификация молекул известных в медицине лекарственных средств с последующим изучением биоактивности полученных производных. Среди направлений такой модификации осoбый интерес прeдставляет получение так называемых мультифункциональных соединeний, когда молекулa лекарственного веществa объединяет в себе фрагменты с различной фармактивностью. В этой связи химическaя моди-фикация молекул никотиновой, изоникотинoвой, салициловой кислот и их гидразидов с последующим биоскринингом полученных соединений в настоящее время является перспективной в поиске и разработке антивирусных и антибактeриальных лекарственных субстанций.
Цель проекта
Цeлью научного проекта является поиск и создание новых высокоэффективных функционализированных конъюгатов – селективных биоактивных агентов на основе известных в фармацевтической химии никотиновой, изоникотиновой, салициловой кислот, нипагин и их гидразидов, пeрспективных как субстраты противoвирусных, противовоспалительных, антиоксидантных и др. препаратов.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны новые наукоемкие и эффективные методы получения полифункциональных фармаколoгически активных вещeств (гидразоновых, триазоловых, фталимидных, амидных и тиомочевинных) на оснoве производных салициловой, никотиновой и изоникотиновой кислoт – потенциальных антивирусных и антибактериальных средств. Будут разработаны технологически и экологически приемлемые методы синтеза новых соединений с применением технологии микроволновой активации. В результате будет обеспечен комплeксный подход в достижении цели проекта – создании научных основ «зеленых» технологий и разработке новых способов получения биологичeски активных веществ антивирусного и антибактериального действия. Будут отобраны наиболее пeрспективные для внедрения в медицинскую практику производные фармакологически активных полифункциональных ароматических гидрoксикислот и пиридинкарбоновых кислот и нaработка их для рaсширeнных биоиспытaний. Будeт осуществлено экспериментальнoe обоснoвание выборa технологическoй схемы получeния кaндидатов в потенциальныe предшествeнники лекaрственных средств aнтивирусного и антибaктериального дeйствия.
Научный руководитель Проекта – Нуркенов Оралгазы Актаевич, д.х.н., профессор, заведующий лабораторией Синтеза биологически активных веществ (СБАВ). Индекс Хирша по базе данных Web of Science равен 8. Автор свыше 500 научных трудов. ORCID https://orcid.org/0000-0003-1878-2787 .
Члены исследовательской группы:
1. Фазылов С.Д., д.х.н., главный научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID https://orcid.org/0000-0002-4240-6450
2. Кулаков И.В., д.х.н., главный научный сотрудник лаборатории СБАВ. Профессор Института химии Тюменского Государственного Университета. ORCID https://orcid.org/0000-0001-5772-2096
3. Нурмаганбетов Ж.С., к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID https://orcid.org/0000-0002-0978-5663
4. Сейлханов Т.М., к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID ID0000-0003-0079-4755
5. Мендибаева А.Ж., магистр, младший научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID https://orcid.org/0000-0001-6123-3340
6. Сыздыков А.С., магистр, младший научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID https://orcid.org/0000-0001-9153-0127
7. Беспаева А.М., магистр, научный сотрудник лаборатории СБАВ. ORCID https://orcid.org/0000-0002-1048-9749
Задачи проекта на 2022 год
Разработать новые наукоемкие и эффективные методы получения новых фармакологически активных гидразонов на основе гидразидов никотиновой кислоты в условиях конвекционного нагрева, микроволновой активации и ультразвукового воздействия.
Полученные результаты за 2022 год
Разработаны новые наукоемкие и эффективные методы получения новых гидразонов на основе гидразида никотиновой кислоты в условиях конвекционного нагрева, микроволновой активации и ультразвукового воздействия. Получены новые БАВ и акт фармакологического испытания на противовоспалительную активность.
На основе гидразида никотиновой кислоты в условиях конвекционного, микроволнового и ультразвукового нагревания при различных мощностях активации осуществлен целенаправленный синтез новых гидразонов никоти-новой кислоты. В результате сравнительного анализа полученных данных было установлено, что использование микроволнового (выходы целевых продуктов 88-95%, при мощности облучения 300 Вт с шагом по 2 мин при 80°С, продолжительность синтеза 10-20 мин) и ультразвукового воздействия (выходы целевых продуктов 54-67%, время активации 60-120 мин) способствует увеличению выхода продуктов и снижению времени реакции с 4-5 часов до 10-120 минут, чем при классическом синтезе. В целях изучения биологической активности были синтезированы водорастворимые четвертичные аммонийные соли новых производных гидразидов никотиновой и изоникотиновой кислот. Показано, что наибольшие выходы (от 40 до 80%) кватернизированных солей гидразонов изоникотиновой и никотиновой кислот с алкил-йодидами, образуются в среде ацетонитрила при 5 часовом кипячении реагирующих веществ в соотношении 1:1,5.
Взаимодействием гидразидов изоникотиновой и салициловой кислот с лабораторно синтезированным 2,6-метано-бензо[g]-[1,3,5]oксадиазоцином были получены новые неописанные в литературе производные гидразонов с выходами 82% и 73% соответственно. Структуры полученных гидразонов и кватернизированных солей однозначно доказана данными ИК- и ЯМР 1Н, 13С-спектроскопии, а также данными двумерного спектра HMQC (1H-13C).
Получен акт фармакологического испытания противовоспалительной активности 8 кватеринизированных солей гидразонов.
Задачи проекта на 2023 год
Синтез, строение и биоскрининг новых полифункциональных фармакологически активных веществ (фталимидных, циклодектстриновых, амидных и тиомочевинных) на основе гидразидов производных сали-циловой, никотиновой и изоникотиновой кислот – пoтенциальных антивирусных и антибактериальных средств.
Полученные результаты за 1-ое полугодие 2023 года
Синтезированы, изучены строения и свойства новых фталимидных, циклодекстриновых производных на основе гидразидов производных салициловой, никотиновой и изоникотиновой кислот.
Осуществлено взаимодействие гидразидов никотиновой, изоникотиновой и салициловой кислот с о-формилбензойной кислотой в изопропаноле, которое приводит к образованию соответствующих гидразонов с выходами 91,0-97,2%. Установлено, что таутомерная о-формилбензойная кислота реагирует в альдегидной форме с гидразидами, образуя гидразоны.
Проведено ацилирование гидразонов никотиновой, изоникотиновой и салициловой кислот уксусным ангидридом. Установлено, что механизм реакции включает присоединение Ас2О по связи С=N и последующую циклизацию с отщеплением уксусной кислоты и образованием фталимидинов. Показано, что реакция протекает только в присутствии в реакционной смеси некоторого количества уксусной кислоты.
Получены супрамолекулярные комплексы на основе функционально замещенного N-(2-хлор-6-флуоробензилиден)никотиногидразида с циклодекстринами (β-ЦД и γ-ЦД). Исследование супракомплексов с β-ЦД-ном и γ-ЦД показало, что в обоих случаях образуются комплексы включения субстрата с циклодекстриновой полостью рецепторов. Наибольшее изменение химических сдвигов протонов в процессе образования супра-молекулярных комплексов происходит с внутренними протонами Н-3 и Н-5 циклодекстриновой полости. Полученные инкапсулированные β- и γ-ЦД клатратные комплексы представляют собой белые порошкообразные вещества, растворимые в воде с образованием светло-коллоидных растворов.
С применением современных методов ЯМР 1Н- и 13С-спектроскопии и масс-спектрометрии установлено строение новых синтезированных соединений. Определены значения химических сдвигов, мультиплетность и интегральная интенсивность сигналов 1Н и 13С в одномерных спектрах ЯМР.
Проведено исследование антивирусной активности 2-((2-изоникотино-илгидразоно)-метил)бензойной кислоты, включающее расчет молекулярного докинга и экспериментального биоскрининга. Установлено, что соединение значительно превосходит по активности коммерческие препараты (тамифлю и ремантадин), независимо от антигенной структуры гриппа и его чувствительности к противовирусным препаратам.
Публикации за отчётный период:
1. Нуркенов О.А., Фазылов С.Д., Мендибаева А.Ж., Сейлханов Т.М., Нурмаганбетов Ж.С., Сыздыков А.К. Реакция гидразидов никотиновой и изоникотиновой кислот с о-формилбензойной кислотой // Материалы VII Межд. научно-практ. конф. «Теоретическая и экспериментальная химия», посвященной 50-летию химического факультета и 100-летию Первого декана профессора Р.Г. Омаровой. – Караганда, 26-28 мая 2023. - С. 219-222.
Полученные результаты за 2-ое полугодие 2023 года
Проведена химическая трансформация никотиновой и бромникотиновой кислот с целью получения новых амидов и тиомочевин – потенциальных носителей различных видов фармакологической активности.
Реакция аминирования хлорангидрида никотиновой кислоты с аминами (морфолин, алкалоид цитизин и 1-аминоадамантан) проведена в спиртовой среде с образованием соответствующих амидов никотиновой кислоты с выходами 90,7-93,0%. Синтез N-морфолинамида, в свою очередь, осуществлен через активируемую карбоксильную группу, взаимодействием никотиновой кислоты и морфолина в мольном соотношении 1:1,5 при температуре 200-220оС. Показано, что стехиометрического соотношения компонентов оказывается недостаточным для конверсии всей исходной кислоты. В то же время использование большого избытка морфолина не улучшает результаты синтеза. Оптимальным количеством является 50% избыток морфолина. Тонкослойная хроматография N-морфолинамида никотиновой кислоты, полученного обеими методами полностью совпадает.
Для расширения арсенала биологически активных веществ в качестве объекта исследования была выбрана 5-бромникотиновая кислота. Однако, как показали экспериментальные данные, бромирование никотиновой кислоты идет лишь в очень жестких условиях, выход при этом является крайне неудовлетворительным (выход 5%). В связи низким выходом целевого продукта было нецелесообразно проводить дальнейшую модификацию 5-бромникотиновой кислоты.
Взаимодействием никотионилизотиоцианата с алкалоидами цитизин, анабазин, l-эфедрин и сальсолин впервые синтезированы и охарактеризованы перспективные в биологическом плане новые тиомочевинные производные никотиновой кислоты. В ИК-спектрах синтезированных тиомочевин имеется полоса поглощения в области 1547-1532 см-1, характерная для C=S группы, полосы поглощения амидной группы C(O)NH проявляются в области 1685-1690 см-1. В ИК-спектре тиомочевины на основе цитизина присутствует интенсивный сигнал амидной группы (N-C=O) в области 1650-1652 см-1.
Исследовано строение синтезированных соединений методами ЯМР 1Н и 13С спектроскопии, а также данными двумерных спектров COSY (1H-1H), HMQC (1H-13C) и HMBC (1H-13C). Определены значения химических сдвигов, мультиплетность и интегральная интенсив-ность сигналов 1Н и 13С в одномерных спектрах ЯМР. С помощью спектров в форматах COSY (1Н-1Н), HMQC (1Н-13С) и HMBC (1H-13C) установлены гомо- и гетероядерные взаимодействия, подтверждающие структуру исследуемых соединений.
Ряд новых синтезированных соединений прошли испытания на антивирусную активность. Установлено, что гидразоны проявляют антивирусную активность и обладают высоким индексом ХТИ, что создает перспективу для дальнейшего их исследования. По результатам исследования острой токсичности гидразоны никотиновой кислоты можно отнести к 4 классу по токсичности, т.е. к соединениям с низкой токсичности. Показатели LD50 варьируются от 445,461 мг/кг до 2229,498 мг/кг. При изучении противовоспалительной активности показано, что в сравнении с ибупрофеном в дозировке 100 мг/кг данные соединения оказались неэффективными (p2 <0,05).
Публикации за отчетный период:
1. Nurkenov O.A., Fazylov S.D., Satpaeva Zh.B., Seilkhanov T.M., Turdybekov D.M., Mendibayeva A.Zh., Akhmetova S.B., Shulgau Z.T., AlkhimovaL.E., Kulakov I.V. Synthesis, structure and biological activity of hydrazones derived from 2- and 4-hydroxybenzoic acid hydrazides // Chemical Data Collections. – 2023. – Vol. 48, Issue. – Article Number 01089. https://doi.org/10.1016/j.cdc.2023.101089 Web of Science – Q3, Scopus – 64%.
2. Nurkenov O.A., Fazylov S.D., Kulakov I.V., Seilkhanov T.M., Mendibayeva A.Zh., Syzdykov, A.K. and Kabieva S.K. Reaction of o-Formyl-benzoic Acid with Hydrazides of (Iso)niconitic and Hydroxybenzoic Acids // Russian Journal of General Chemistry. – 2023. – Vol. 93, No. 9. – P. 2202-2209. https://doi.org/10.1134/S1070363223090025. [Нуркенов О.А., Фазылов C.Д., Кулаков И.В., Сейлханов Т.М., Мендибаева А.Ж., Сыздыков А.К., Кабиева С.К. Взаимодействие о-формил-бензойной кислоты с гидразидами пиридиновых и гидроксибензойных кислот // Журнал общей химии. – 2023. – Т. 93., № 9. – С. 1326-1334. https://doi.org/10.31857/S004446023090020. Web of Science – Q4, Scopus – 24%.
3. Nurkenov O.A., Fazylov S.D., Shulgau Z.T., Аbdrasilov B.S., Khlebnikov A.I., Seilkhanov T.M., Kabieva S.K., Karipova G.Zh. Synthesis, structure and antiradical activity of functionally substituted hydrazides of Isonicotinic Acid // Eurasian Chem.-Technological journal. – 2023. – № 25. – Р. 121-128. https://doi.org/10.18321/ectj1502 Scopus – 29%.
4. Turgunalieva D.M., Dilbaryan D.S., Vasilchenko A.S., Nurkenov O.A., Fazylov S.D., Karipova G.Zh., Seilkhanov Т.M., Kulakov I.V. Synthesis and Antibacterial Activity of Hydrazones of Isonicotinic and Salicylic Acids based on Acetyl Derivatives of Coumarin and [1,3,5]-benzo[g]oxadiazocin // Bulletin of the University of Karaganda. Chemistry series. – 2022. – № 4. – Р. 1-10. https://doi.org/10.31489/2022Ch4/4-22-2 Web of Science – Q4, КазБЦ 0,083. (журнал издан в 2023 году).
5. Мендибаева А.Ж., Сыздыков А.К., Нуркенов О.А., Фазылов C.Д., Кожанова А.М., Нурма-ганбетов Ж.С. Синтез морфолина(пиридин-3-ил) метанона // Труды Межд. научно-практ. конф. «XV Сагиновские чтения. Интеграция образования, науки и производства». – Караганда, 2023. – С. 517-519.
6. Патент РК на полезную модель № 8205. 2-((2-изоникотиноилгидразоно)метил)бензойная кислота, обладающая выраженной антивирусной активностью / Мулдахметов З.М., Нуркенов О.А., Фазылов С.Д., Нурмаганбетов Ж.С., Мендибаева А.Ж., Сыздықов А.Қ. – по заявке 2023/0238.2 от 13.03.2023 г.