Функционализированные антивирусные и антибактериальные конъюгаты на основе хинолизидиновых и пиридинового алкалоидов: рациональный дизайн и получение

Проект: ИРН АР08855567 «Функционализированные антивирусные и антибактериальные конъюгаты на основе хинолизидиновых и пиридинового алкалоидов: рациональный дизайн и получение»

Актуальность исследований: Алкалоиды цитизин и лупинин уже на протяжении многих десятилетий являются одними из самых перспективных синтонов в плане возможной модификации и создания на их основе новых биологически активных веществ. Следует отметить, что среди различных производных цитизина и лупинина постоянно обнаруживаются соединения с другими, не характерными для них самих видами биологической активности (спазмолитической, антиаритмической, гепатопротекторной, анальгетической, холинэргической, инсектицидной, антиоксидантной и др.), что привлекает внимание многих исследователей к синтезу и изучению их новых производных. Эти алкалоиды привлекают к себе внимание, прежде всего физиологической активностью. Многие из них оказались ценными лекарственными препаратами, что и послужило стимулом для всестороннего их изучения, а также конструирования более сложных структур для изучения зависимости «структура-активность». Они интересны и своим структурным многообразием, им принадлежит важное место в развитии органической химии. Изучением алкалоидов на протяжении полутора столетий занимаются химики, биохимики, ботаники, фармакологи, медики и т.д. Непременным условием дальнейшего прогресса в этой области знаний следует считать более глубокое изучение строения и стереохимии данных алкалоидов, а также возможное изменение биологической активности при их модификации. Следует отметить, что многие синтетические производные алкалоидов также оказались важными лекарственными препаратами, что служит естественной причиной повышенного интереса к ним.

 Целью проекта является направленный синтез и установление строения новых азометинов и 1,2,3-триазолсодержащих производных алкалоидов лупинина и цитизина, проведение их биоскрининга на различные фармакологические активности.

Ожидаемые результаты:

1. Будут синтезированы мультифункциональные соединения, содержащие фрагмент 1,2,3-триазола, путём конденсации органических азидов с алкинами. Будут получены и исследованы строения новых 1,2,3-триазолсодержащих производных алкалоида лупинина. Будет проведен биоскрининг веществ.

2.2 Будут синтезированы новые 1,2,3-триазолпроизводные на основе О- и N-пропаргильных производных лупинина и цитизина.

1. Осуществлен синтез мезилата лупинина – синтона в синтезе биологический активных веществ с выходом 93%. С применением ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии установлено его строение. Для установления пространственного строения мезилата лупинина было проведено его рентгеноструктурное исследование.  

2. Осуществлен синтез мультифункциональных («двойных лекарств») производных лупинина с 1,2,3-триазольным фрагментом. Так, взаимодействием азида лупинина с ацетиленсодержащими соединениями (замещенными фенилацетиленами, 2-этинилпиридином и алифатическими терминальными ацетиленами) при нагревании (85°С) реагентов в ДМФА в присутствии CuSO₄*5H₂O и аскорбата натрия осуществлен синтез 1,2,3-триазолсодержащих производных лупинина с выходами с выходами 75-93%. Пространственное строение 1-((4-(3-метилфенил)-1Н-1,2,3-триазол-1-ил)метил)октагидро-1Н-хинолизина доказано  методом рентгеноструктурного анализа.

3. Ряд новых синтезированных соединений прошли испытания на различные виды биологической активности, в частности, на цитотоксическую, антимикробную и гемореологическую активность. Установлено, что образцы 1-[(4-м-толил-1H-1,2,3-триазол-1-ил)метил]октагидро-1H-хинолизина (Lup-17) и 1-[(4-фенил-1H-1,2,3-триазол-1-ил)метил]октагидро-1H-хинолизина (Lup-18) обладают выраженной антимикробной активностью в отношении грамположительного тест-штамма Staphylococcus аureus. Все исследованные образцы триазолсодержащих лупинина (Lup-16, Lup-17 и Lup-18) проявляют цитотоксическую активность в отношении личинок морских рачков Artemia salina (Leach). Результаты скрининга  на предмет наличия гемореологической активности показало, что 1-{[4-(4-метоксифенил)-1H-1,2,3-триазолил-1-ил]-метил}-октагидро-1H-хинолизина (Lup-16) и 1-[(4-м-толил-1H-1,2,3-триазол-1-ил)метил]октагидро-1H-хинолизина (Lup-17) проявили способность снижать вязкость крови на модели гипервязкости крови in vitro.

4. По итогам исследований синтезировано 11 новых 1,2,3-триазолсодержащих производных алкалоида лупинина. С применением современных методов ЯМР ¹Н- и ¹³С-спектроскопии и масс-спектрометрии исследованы строения всех новых синтезированных соединений. Определены значения химических сдвигов, мультиплетность и интегральная интенсивность сигналов ¹Н и ¹³С в одномерных спектрах ЯМР. С помощью РСА установлены пространственные строения 2-х триазолсодержащих производных лупинина.  

Результаты исследований в 2021 году (2-ой этап проекта, согласно календарному плану НИР):

1. Осуществлен синтез 4-лупинилбензальдегидов (4-гидроксибензальдегид и 4-гидрокси-3-этоксибензальдегид) – синтона в синтезе биологический активных веществ с выходами 67,3% и 74,0% соответственно. Взаимодействием 4-лупинилбензальдегида с 4-хлорбензиламином и виниловым эфиром моноэтаноламином в спиртовой среде синтезированы лупинилсодержащие азометины с выходами 78,4% и 77,4% соответственно. С применением ИК- и ЯМР спектроскопии установлены их строение.

2. Осуществлен синтез мультифункциональных («двойных лекарств») производных лупинина с 1,2,3-триазольным фрагментом, взаимодействием азида лупинина с терминальными алкинами различной природы в присутствии водного СuSO₄ и аскорбата натрия в ДМФА синтезированы соответствующие 4-замещенные (1S,9aR)-1Н-1,2,3-триазол-1-ил)метил)октагидро-1Н-хинолизины с выходами 69-82%.

3. Методом азид-алкинового циклоприсоединения, катализируемого соединениями меди, впервые осуществлен синтез нового потенциально биологически активного соединения, содержащего одновременно фрагменты молекул алкалоидов цитизина и лупинина, связанных друг с другом через 1,2,3-триазольный фрагмент с выходом 72,2%.

4. Ряд новых синтезированных соединений прошли испытания на различные виды биологической активности, в частности, на антимикробную, фагоцитозстимулирующую и анальгетическую активности. Установлено, что образцы 5 (Lup-49), 11 (Lup-33), 9 (Lup-41) и 4 (Lup-48) проявляют умеренно-выраженную антимикробную активность в отношении грамположительного тест-штамма Staphylococcus aureus АТСС 6538 их минимально подавляющие концентрации составили 12,5 мкг/мл. Образцы (Lup-41), (Lup-46), (Lup-49), (Lup-48), (Lup-47) и (Lup-33) обладают фагоцитозстимулирующим действием в отношении как количественного, так и качественного показателей фагоцитоза нейтрофилов крови. Анальгетическая активность образцов 4-((1-((октагидро-1H-хинолизин-1-ил)метил)-1H-1,2,3-триазол-4-ил)метокси)бензальдегид (Lup-34), 4-((октагидро-1H-хинолизин-1-ил)метокси)бензальдегид (Lup-46) сопоставима с препаратом сравнения диклофенаком натрия.

5. По итогам исследований синтезировано 11 новых лупинилсодержащих бензальдегидов, азометинов и 1,2,3-триазолохинолизидинов. С применением современных методов ЯМР ¹Н- и ¹³С-спектроскопии и масс-спектрометрии исследованы строения всех новых синтезированных соединений. Определены значения химических сдвигов, мультиплетность и интегральная интенсивность сигналов ¹Н и ¹³С в одномерных спектрах ЯМР.

Члены исследовательской группы:

Нурмаганбетов Ж.С., к.х.н., доцент, научный руководитель проекта	https://orcid.org/0000-0002-0978-5663 Индекс Хирша по Scopus составляет 2 Author ID: 35173301800 Researcher ID: ABE-8828-2021 Индекс Хирша в базе Web of Sciences составляет 2
Нуркенов О.А., д.х.н., профессор	https://orcid.org/0000-0003-1878-2787 Индекс Хирша по Scopus составляет 7 Author ID: 6602633279 Researcher ID: P-5698-2017 Индекс Хирша в базе Web of Sciences составляет 8
Фазылов С.Д., академик НАН РК, д.х.н., профессор	https://orcid.org/0000-0002-4240-6450 Индекс Хирша по Scopus составляет 6 Author ID: 6701472056 Researcher ID:L-8882-2014 Индекс Хирша в базе Web of Sciences составляет 7
Животова Т.С. д.х.н., профессор	http://orcid.org/0000-0002-0793-4653 Индекс Хирша по Scopus составляет 4 Author ID: 6602225408 Researcher ID: N-7517-2015
Щульц Э.Э., д.х.н., профессор	https://orcid.org/0000-0002-0562-4782 Индекс Хирша по Scopus составляет 16 Author ID: 57194489645 Researcher ID: I-3916-2014 Индекс Хирша в базе Web of Sciences составляет 17
Мукушева Г.К., к.х.н., доцент	https://orcid.org/0000-0001-6706-4816 Индекс Хирша по Scopus составляет 2 Author ID: 9243017000 Researcher ID: AAE-6797-2021 Индекс Хирша в базе Web of Sciences составляет 2
Кишкентаева А.C., доктор PhD	https://orcid.org/0000-0002-9169-3492 Индекс Хирша по Scopus составляет 2 Author ID: 55799125700
Сейдахметова Р.Б., к.м.н.	https://orcid.org/0000-0002-1990-4961 Индекс Хирша по Scopus составляет 5 Author ID: 55032439400
Тәжібай А.М., магистр	https://orcid.org/0000-0001-8190-3647
Мендибаева А.Ж., магистр	https://orcid.org/0000-0001-6123-3340

Список публикаций (со ссылками на них) и патентов:

1. Turdybekov K.M., Nurkenov O.A., Nurmaganbetov Zh.S., Satpaeva Zh. B., Turdybekov D.M., Makhmutova A.S., Fazylov S.D. Synthesis, crystal structure, and stability of N-lupinylphthalimide conformers // Journal of Structural Chemistry. – 2020. – Vol. 61, No. 11. – P. 1920-1923. (статья вышла в декабре 2020 г.) [IF (2020) = 1,071 (Q4)]. https://doi.org/10.1134/S0022476620110153

2. Nurmaganbetov Zh.S., Savelyev V.A., Gatilov Y.V., Nurkenov O.A., Seidakhmetova R.B., Shulgau Z.T., Mukusheva G.K., Fazylov S.D., Shults E.E. Synthesis and analgesic activity of 1-[(1,2,3-triazol-1-yl)methyl]quinolizines based on the alkaloid lupinine // Chemistry of Heterocyclic Compounds. – 2021. – Vol. 57, No. 9. – P. 911–919. [IF (2021) = 1,276 (Q3)]. https://doi.org/10.1007/s10593-021-03000-7

3. Nurkenov O.A. , Fazylov S.D., Seilkhanov T.M., Nurmaganbetov Zh., Gazaliev A.M., Karipova G.Zh. Synthesis and structure of thiourea derivatives of functionally substituted pyridines // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. – 2021. – № 1(101). – Р. 4-11. https://doi.org/10.31489/2021Ch1/4-11

4. Нурмаганбетов Ж.С., Нуркенов О.А., Фазылов С.Д., Мукушева Г.К.,  Газалиев А.М., Мулдахметов З.М. Синтез 1,2,3-триазоло-хинолизидинов на основе хинолизидинового алкалоида лупинина // Химический журнал Казахстана. – 2021. – № 3. – С. 108-118. https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.43

5. Нуркенов О.А., Кишкентаева А.С., Нурмаганбетов Ж.С., Фазылов С.Д., Животова Т.С., Мукушева Г.К. Синтез 1,2,3-триазолсодержащегося производного алкалоидов лупинина и цитизина // Сборник тезисов Всероссийского конгресса по химии гетероциклических соединений «КOST-2021». –  Сочи, 2021. – С. 362.

6. Nurmaganbetov Zh.S., Schults E.E., Nurkenov O.A., Mukusheva G.K., Kishkentayeva A.S., Minayeva Ye.V., Fazylov S.D. Synthesis of 1,2,3-triazolo-quinolizidines // Abstracts 14^th International Symposium on the Chemistry of Natural Compounds. – Tashkent, 2021. – С. 152.

7. Nurmaganbetov Zh.S., Seidakhmetova R.B., Mukusheva G.K., Fazylov S.D., Minayeva Ye.V., Kishkentayeva A.S. Scientific supervisor: Nurkenov O.A. Synthesis and cytotoxic activity of triazole compounds based on quinolyzidine alkaloid lupinine // Матер. Междунар. научно-практич. конф., посвящ. 150-летию со дня рождения М.О. Валяшка. – Харьков, 2021. – С. 13-14.

8. Нуркенов О.А., Кишкентаева А.С., Нурмаганбетов Ж.С., Фазылов С.Д., Газалиев А.М. Синтез 1,2,3-триазолсодержащего производного алкалоидов лупинина и цитизина  // Сборник трудов научной конф. «Тонкий органический синтез-2021». – Алматы, 2021. – С. 74.

9. Нурмаганбетов Ж.С., Нуркенов О.А., Фазылов С.Д. Синтез и антимикробная активность 1-((4-м-толил-1Н-1,2,3-триазол-1-ил)метил)окта-гидро-1Н-хинолизина // Труды Межд. научно-практ. online конф. «Интеграция науки, образования и производства – основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения №13), посвящен. 30-летию Независимости Республики Казахстан. – Караганда, 2021. – С. 1873-1874.

10. Патент РК на полезную модель № 6178. 1-((4-(3-Метилфенил)-1Н-1,2,3-триазол-1-ил)метил)октагидро-1Н-хинолизин, обладающий цитотоксической активностью / Нурмаганбетов Ж.С., Нуркенов О.А., Фазылов С.Д., Сейдахметова Р.Б., Мукушева Г.К., Кишкентаева А.С.; опубл. 16.02.2021 г.

Результаты исследований в 2022 году (3-ий этап проекта, согласно календарному плану НИР):

1. С целью поиска новых антибактериальных соединений изучена возможность сочетания через триазольную группировку методом азид-алкинового циклоприсоединения, фрагментов алкалоидов анабазина и лупинина. В качестве алкинового компонента в данной реакции циклоприсоединения был использован N-пропаргиланабазин. Показано, что целевой продукт образуется с выходом 76%.

2. Наличие эфирного линкера в положении С-4 триазола может оказывать значительное влияние на биологическую активность соединения. С целью расширения арсенала биоактивных триазоловых производных лупинина осуществлено взаимодействие лупинилазида с терминальными алкинами. В результате реакций получены (1S,9aR)-1-[(1,2,3-триазол-1-ил)метил]октагидро-1Н-хинолизины, содержащие различные заместители в положении С-4 1,2,3-триазольного цикла. Таким образом, реакции циклоприсоединения с участием ацетиленов с различными функциональными группами открывают возможность для дальнейших химических превращений полученных соединений.

3. Получены комплексы включения хинолизиновых 1,2,3-триазолов с β-циклодекстрином и исследованы их структуры методом ЯМР спектроскопии. В качестве субстратов супрамолекулярной самосборки были выбраны синтезированные хинолизиновые 1,2,3-триазолы. Полученные инкапсулированные β-ЦД клатратные комплексы представляют собой белые порошкообразные вещества, растворимые в воде с образованием светло-коллоидных растворов. 

4. Осуществлен синтез нового фуллеропирролидина взаимодействием лупинина, фуллерена С₆₀ с саркозином и 3-этокси-4-лупинилбензальдегидом в кипящем толуоле в течении 4 ч в атмосфере сухого аргона.

5. Проведено исследование антивирусной активности 1,2,3-триазолсодержащих производных алкалоида лупинина, включающее в себя расчет молекулярного докинга и экспериментального биоскрининга. Показано, что среди синтезированных хинолизиновых 1,2,3-триазолов выявлены вещества, обладающие высоким химическим терапевтическим индексом, способные снижать инфекционность вируса и могут рассматриваться, как дополнительный источник для получения противогриппозных препаратов.

6. В результате антимикробного исследования хинолизиновых 1,2,3-триазолов выявлено, что антибактериальной активностью в отношении Pseudomonas aeruginosa обладают соединения 3-этокси-4-((1-((октагидро-1H-хинолизин-1-ил)метил)-1H-1,2,3-триазол-4-ил)метокси)-бензальдегид, 3-(((1-((октагидро-1H-хинолизин-1-ил)метил)-1H-1,2,3-три-азол-4-ил)метил)тио)-1H-1,2,4-триазол-5-амин для которых значения МПК в отношении исследуемой бактерий Pseudomonas aeruginosa составляют 50 мкг/мл.

7. По итогам исследований синтезировано 11 новых 1,2,3-триазолсодержащих производных алкалоида лупинина. С применением современных методов ЯМР ¹Н- и ¹³С-спектроскопии и масс-спектрометрии исследовано строение всех новых синтезированных соединений. Определены значения химических сдвигов, мультиплетность и интегральная интенсивность сигналов ¹Н и ¹³С в одномерных спектрах ЯМР новых соединений.

 

Список публикаций за 2022 год:

1. Нуркенов О.А., Нурмаганбетов Ж.С., Фазылов С.Д., Газалиев А.М. Хинолизидиновые алкалоиды: Лупинин и цитизин. – Гласир, 2022. – 400 с. (Монография).

2. Нуркенов О.А., Нурмаганбетов Ж.С., Фазылов С.Д., Сейлханов Т.М.,  Газалиев А.М., Мулдахметов З.М., Сейдахметова Р.Б., Мендибаева А.Ж. Синтез, строение и антимикробная активность азометинов, производных 4-(О-лупинил)бензальдегида // Химический журнал казахстана. – 2022. – № 1. – С. 59-73. https://doi.org/10.51580/2022-1/2710-1185.57

3. Nurmaganbetov Zh.S., Fazylov S.D., Turdybekov K.M., Nurkenov O.A., Turdybekov D.M., Mukushev G.K., Minayeva Ye.V., Khabdolda G. Synthesis and structure of 4-substituted (1S,9aR)-1-[(1,2,3-triazol-1-yl)-methyl]octahydro-1H-quinolysines of lupinine // Bulletin of the University of Karaganda. Chemistry. – 2022. - №2. – Р. 12-22. https://doi.org/10.31489/2022Ch2/2-22-5 [Q4]

4. Подана заявка на патент РК на полезную модель №2022/0200.2 от 11.03.2022 г. 1-[(4-м-Толил-1H-1,2,3-триазол-1-ил)метил]октагидро-1H-хинолизин, обладающий антимикробной активностью / Нурмаганбетов Ж.С., Сейдахметова Р.Б., Мукушева Г.К., Нуркенов О.А., Фазылов С.Д. 

5. Nurkenov O.A., Nurmaganbetov Zh.S., Fazylov S.D., Seidakhmetova R.B., Shulgau Z.T., Muldakhmetov Z.M. Synthesis, structure and biological activity of (1S,9aR)-1Н-1,2,3-triazol-1-yl)methyl)octahydro-1H-quinolizine derivatives of lupinine / Archives of Razi Institute. – 2022. https://dx.doi.org/10.22092/ari.2022.360091.2550 – 2022. [Статья принята в печать: (Q3)]

6. Schepetkin I.A., Nurmaganbetov Zh.S., Fazylov S.D., Nurkenov O.A., Khlebnikov A.I., Seilkhanov T.M., Shults E.E., Quinn M.T. Novel Lupinine Derivatives as Acetylcholinesterase Inhibitors / Molecules. – 2022. [Статья находится на рецензировании: (Q2)]