CC BY
28
УДК 547.94
АЛКАЛОИДЫ КАК СИНТОНЫ В ПОИСКЕ НОВЫХ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНЫХ СРЕДСТВ
З.М.Мулдахметов, А.М.Газалиев, С.Д.Фазылов, О.А.Нуркенов
Институт органического синтеза и углехимии МОиН РК
Макрлада туберкулгзге кррсы жана dapi.iiK заттарды iздеудщ нег1зг1 багыттары цараcmырылады.
В статье рассматриваются основные направлгния поиска новых против о туберкулезн ых препаратов.
The article considers the basic trends of searrkfor the new anti-tuberculosis medicines.
Значение глобальной проблемы туберкулеза в последние годы становится огромным. По данным ВОЗ, на земном шаре ежегодно заболевают туберкулезом более 100.0 млн. человек и умирает около 3 млн. Особенно остро стоит этот вопрос в Казахстане: только за последние годы смертность от туберкулеза возросла с 17.6 до 26.4 на 100000 населения (50% и более), тогда как заболеваемость увеличилась только на 11.1%.
В современных условиях основным методом лечения туберкулеза является химиотерапия. Первые противотуберкулезные препараты появились в конце сороковых годов XX столетия (стрептомицин, изони-азид, фтивазид и др.). Последним в клинику туберкулеза, более 25 лет
назад, внедрен рифампицилин. Новые эффективные противотуберкулезные средства не разрабатывались в последние годы. Большую озабоченность вызывают два феномена: лекарственная устойчивость возбудителя (резистентность) и токсико-аллергические реакции организма, вызванные препаратами при длительном лечении [1,2]. Развиваются новые штаммы, резистентные к препаратам первой линии (рифампи-цин, пиразинамид, этамбутан, исо-ниазид) и к большинству препаратов второй линии (офлоксацин, ка-намицин, стрептомицин и т.п.) [3]. Химиотерапия становится все более высокодозной и арессивной, все чаще осложняется побочными реакциями, частота которых колеблется от 15 до 55% [4].
Таким образом, отсутствие бактерицидных средств для устойчивых вариантов микобактерий, а также широкое распространение СПИДа свидетельствуют о необходимости создания качественно новых противотуберкулезных средств.
В настоящее время поиск соединений, обладающих противотуберкулезной (ПТ) активностью, проводят на основе определенных научных принципов и количественных подходов, позволяющих прогнозировать структуру соединений и вести, по существу, их целенаправленный синтез. Стремление уменьшить долю эмпиризма в поиске активных соединений среди широкого ряда их аналогов побудило исследователей разработать количественные подходы к оценке взаимосвязи "структура-активность". К ним относятся принципы QSAR, метод Free-Wilson, подход Topliss и другие, благодаря которым удается с известным приближением прогнозировать структуру активного вещества [5].
Основными направлениями поиска новых ПТ-препаратов являются:
-химическая модификация известных ПТ-препаратов;
-получение комплексов ПТ-препаратов с d-злементами;
-синтез новых классов органических соединений с ПТ-свойства-ми;
-получение полимерных форм ПТ-препаратов.
Обзор литературных данных по имеющимся противотуберкулезным средствам показывает, что
большинство используемых в медицинской практике противотуберкулезных препаратов содержит в своей структуре гидразидный, амидный и тиоамидный фрагменты. Химическую модификацию проводят, используя в качестве "материнской" модели наиболее эффективные ту-беркулостатики из числа широко применяемых в медицинской практике. Чаще всего модальными соединениями служат изониазид и рифам-пицин. Описана модификация ри-фампицина с образованием 3-(4-изо-бутилпиперазинил)рифампицина с выходом 68% [6]. Родственное ему соединение 4-(1нафтилметилпи-пе-разинил)-рифампицин обнаружил высокую активность в отношении штамма H3,Rv. Изучены антибактериальные свойства большой серии гидразидов [7], замещенных дитио-карбаматов [8] и 4-алкоксибензой-ных кислот [9]. Высокую ПТ-актив-ность проявляют комплексы изони-азида с хромом (III) и титаном (III). Синтезированы комплексы этамбу-тана с медью (II), никелем (II), цинком (II) [10] и др. металлами. Значительное число работ посвящено получению разнообразных бензилами-нов и аминов ароматического ряда с ПТ-свойствами. Наиболее полно они обобщены в [4]. Высокую ПТ-активность обнаруживают К-(гало-4-алкоксифенил)-п-аминобензол-сульфонамиды [6]. Изучен in vitro в отношении М.tuberculosis широкий ряд тиобензанилидов (35 соед.). Получены асимметрические азины N-арилацетил-формамидоксимов и тиосемикарбазидов [11], среди которых найдены перспективные ту б ер-
кулостатические агенты.
Одним из перспективных направлении в поиске новых ПТ-средств является модифицирование строения природных биоактивных соединений путем введения в их молекулу основных фрагментов известных ПТ-препаратов и изучение их свойств. В этом отношении наиболее перспективным является использование для этих целей таких известных в медицине алкалоидов, как цитизин, анабазин, Ь-эфедрин, 0-псевдоэфедрин. Эти алкалоиды выпускаются в промышленном масштабе и давно используются в народной медицине для лечения людей с заболеваниями органов дыхания. Сочетание ключевых фрагментов этих двух классов химических соединений в одной молекуле расширяет их синтетические и практические возможности и позволяет надеяться на создание новых противотуберкулезных средств или усиление их уже известных полезных свойств.
Ниже приведены основные направления проводимого нами по-
СбН5
Н2ШНК
11 = Н(3,4),С6Н5(5,6).
Установлено, что гидр азиды (3, 4) при нагревании в вакууме претерпевают реакцию, обратную рас-
иска новых ПТ-препаратов на основе некоторых алкалоидов и их синтетических аналогов.
Синтез и строение гидразидов и фенилгидразидов Ы-1-эфедринил-уксусной кислоты.
Известно, что лактоны являются перспективными синтонами для изучения реакций раскрытия цикла с целью синтеза биологически активных соединений. Ранее нами разработан перспективный путь синтеза (58,611)-(1)и (55,68)-4,5-диметил-6-фенил-2-морфолонов (2), являющимися исходными продуктами для получения разнообразных соединений [12]. Установлено, что при действии небольшого избытка гидразингидрата и фенилгидразина на морфолон в растворе спирта, цикл легко разрушается, образуя с хорошим выходом (таблица 1) гид-разид и фенилгидразид соответствующей ]Ч-1-эфедринил- (3, 5) и 1Ч-с1-псевдоэфедринилуксусной кислоты (4,6). Фенилгидразид Ы-1-эфедрини-луксусной кислоты выделен в виде гидрохлорида (5).
СбН5СН—СНСНз
ОН КСНз
СН2С(0)Ш№Ж
ОН
I
_СбН5СН—СНСНз
ЖНз
СН2С(0)№1№Ж
крытию цикла, т.е. внутримолекулярную гетероциклизацию, с сохранением пространственной конфигурации исходных алкалоидов. Иссле-
дования соединений (3-6) на возможную противотуберкулезную активность показали, что среди них найдено вещество (4) с вероятной ПТ-активностью.
Ацширование гидразида N-(1-псевдоэфедринилуксусной кислоты хлорангидридами некоторых кислот. С целью изучения взаимосвязи био-
СбН5СН(ОН)СНСН3
ы-сн3 ¿:
11СОС1 -
Н2С(0)МНШ2
(4)
активности полученных гидразидов при замене атомов водорода гидра-зидного фрагмента, а также получения на их основе нового класса замещенных диацилгидразинов, были проведены реакции ацилирЬвания хлорангидридами некоторых кислот в бензоле в присутствии триэти-ламина (30-40 °С).
СбН5СН(ОН)СНСН3
N—СНз I
СЛ2С(0)ЫНШС(0)К (7-10)
СбН5СН(ОН)СНСНз N—СНз ¿1
^СОС!
СбН5СН(ОН)СНСН3 к—СНз
Н2С(0)ШШС(0)111
Нгодмш
(9, 10)
/С(0)Я1
ЧС(ООЯ1 (11, 12)
Я = (СН2)2СН3 (7), С(СН3)=СН2 (8), С6Н4СН3-м (9), 2-фурил (10); Л,: С6Н4СН3-м (11), 2-фурил (12)
Найдено, что гидразид N-(1-псевдоэфедринилуксусной кислоты взаимодействуете данных условиях с образованием диацилгидразинов (7-10). Диацилгидразины представляют собой бесцветные кристаллические вещества с большей, чем у исходного гидразида, растворимостью в большинстве растворителей. При увеличении температуры реакции, а также при добавлении гидразида к раствору хлорангидрида, наряду с основными продуктами реакции, были выделены с выходом 5-10 % (в расчете на исходный гидразид) продукты дальнейшего ацилирова-
ния, т.е. триацилгидразины (11, 12). Триацилгидразины - бесцветные кристаллические вещества, трудно растворимые в большинстве растворителей.
Конденсация гидразидов N-1-эфедринил- и Ы-с1-псевдоэфедринилук-сусной кислот с некоторыми ароматическими альдегидами. Известно [13], что конденсацией гидразидов с некоторыми ароматическими альдегидами получают соединения, проявляющие ценные фармакологические свойства, иногда с более выраженной биоактивностью и с меньшей токсичностью, чем исходные
соединения (например - фтивазид). Для изучения взаимосвязи структура-активность представлял интерес
СбН5СН—СНСНз ¿Н NCH3
¿H2C(0)NHNH2
он
СбН5СН—СНСНз
осуществить конденсацию гидрази-дов (3) и (4) с некоторыми альдегидами и кетонами:
СбН5СН—СНСНз
¿Н NCM3
¿H2C(0)NHN=CHR
5?Н4 3 2 03-15) СбН5СН—СНСНз
NCH3
с:
H2C(0)NHNH2
NCH3
¿H2C(0)NHN=Cm (16-18)
R = Сбн5- (13, 16), n-CH3OC,H4- (14, 17), о-(ОН)С;Нг (15) , C,H5-OC- (18)
Найдено, что гидразиды (3,4) довольно легко образуют с выходами 50-80 % соответствующие гидра-зоны (13-18). Выход и продолжительность реакций зависит от величины частичного положительного заряда карбонильного атома молекулы альдегида.
Конденсация гидразидов изо-никотиновой кислоты с N-ацетонил-цитизином, Ы-ацетонил-1-эфедрином и Ы-ацетонил-с1-псевдоэфедрином. Как известно, расположение амин-ной и карбонильной групп в поло-
СбН5СН—СНСНз ОН NHCH3
ОН I
С6Н5СН—СНСНз NHCH3
С1СН2С0СН3
жениях 1.2 способствует проявлению раз.личных видов биологической активности, т.к. такое их расположение способствует более прочному взаимодействию молекул биоактивных веществ с поверхностью субстратов. Установлено, что аминиро-вание хл ор ацетона алкалоидами 1-эфедрин и сЗ-псевдоэфедрин в среде бензола в присутствии триэтилами-на приводит к получению соответствующих Х-ацетонил-1-эфедрин и Х-анетонил-й-псевдоэфедринов (19, 20).
СьН.СН—СНСНз ОН NCH3
СН2СОСН3 (19)
ОН СбИ5(!;н—
СНСНз NCH3
СН2СОСН3 (20)
Алкалоидацетоны легко вступают в реакцию конденсации с гидразидом изоникотиновой кисло-
ты с выходами целевых продуктов 56-71% (соед.21-23).
С(0)МШЧН2
Ч У
N
\
+ ун СН2ССНЗ
?№ / (0)№Ш=ССН2-\ч
Ч
N <21"23)
\
ОН
СбН5-СН-СНСНз С6Н5^Н-СНСНз
Н ЫСНз
(21)
м:нз
(22)
Синтез и строение алкалои-дацилъных производных фенилгидра-зидов бензиловой и диэтилгликолевой кислот на основе алкалоидов. Несомненный интерес представляет синтез соответствующих аминоацильных производных фенилгидразидов ди-алкил- (арил-) гликолевых кислот на основе физиологически активных алкалоидов как потенциальных анальгетиков. При взаимодействии
О
СбН5ТЧШ СОСН2С1
он
^С-С(Я)2 + \-н
/
хлорацильных производных диэтилгликолевой и бензиловой кислот с алкалоидами цитизин, 1-эфедрин, с1-псевдоэфедрин, сальсолидии, саль-солин, анабазин и 3,5-диметилпира-золом, производные которого обладают устойчивым анальгетическим эффектом, были получены соответствующие N -а миноацильные производные:
(Ег)3Ш
О.
СбН5КШ'
ОН
* I :с—с(ы)2
соснг-к
/ \
Я = С2Н5- (24-30), С6Н5- (31-37)
-N
СбН5-СН-СНСН3 ОН NCH3
ОН
!
СбН5-СН-СНСНз NCH3
(24, 31)
(25, 32)
(26, 33)
(27, 34)
(28, 35)
(29, 36)
Установлена некоторая взаимосвязь между выходами Ы-алка-лоиданильных производных фенил-гидразидов диэтилгликолевой и бензиловой кислот и основностью исходных алкалоидов. Так, с увеличением основности исходных алкалоидов выходы целевых веществ увеличиваются. Синтезированные производные представляют собой бесцветные кристаллические вещества, растворимые в большинстве органических растворителях [14].
Результаты первичного скрининга на противотуберкулезную активность.
На базе кафедры общей фармакологии Карагандинской государственной медицинской академии изучено бактериостатическое действие гидразидов, гидразонов, изо-никоти-ноилгидразонов, диацил-гидразинов, триацилгидразинов, аминоацильных производных фе-нилгидразидов диэтилгликолевой и бензиловой кислот на микобакте-
рию туберкулеза. Для изучения противотуберкулезной активности исследуемых соединений использован метод испытания веществ in vitro. В качестве тест-культуры использованы штаммы туберкулезных мико-бактерий человеческого типа «Academia». По результатам скри-ниговых испытаний установлено, что из вышеперечисленных соединений только гидразид N-d-псевдо-эфедринилуксусной кислоты (4), а также все изоникотиноилгидразоны (22, 23НС1) оказывают бактериостатическое действие на микобактерию туберкулеза человеческого типа «Academia» в концентрации 0,25 мг/ мл и выше.
Изучение противотуберкулезной активности (4) in vivo было начато с определения средней летальной дозы. Установлено, что для исследуемого соединения LD50 = 135,7 + 2,8 (мг/кг). Экспериментальные исследования химиотерапевти-ческой активности (4) in vivo были
проведены на 50 белых мышах, массой 18-20г и 20 морских свинках, массой 300-400г, обоего пола, половозрелых, у которых моделировали туберкулез по методу Макеевой О.О., Першина Г.Н.
Проведено 7 серий экспериментов. Исследуемое соединение вводили однократно, перорально в 1 % крахмальной взвеси, в дозах: 10, 20 и 40 мг/кг. Эффективность испытуемого соединения определяли по следующим показателям: продолжительность жизни животных, разница в весе животных в начале и в конце опыта, вес легких, наличие специфических поражений в легких, морфологические изменения в органах, количество микобактерий туберкулеза в мазках из легочной ткани, высеваемость микобактерий при посеве легких на питательную сре-ДУ-
Мыши и морские свинки контрольных групп (без лечения) пали соответственно на 22-37-й и 28-32-й дни после заражения.
У большинства из них наблюдался прогрессирующий генерализованный туберкулез с преимущественным поражением легких: макроскопически - легкие увеличены, гиперемированы, отечны, множество серых очагов, местами сливающихся, без зон некроза. Индекс по-ражения легочной ткани контрольных (не леченных) животных в среднем составлял от 2,4 до 2,8 баллов.
Макроскопически у животных, получавших гидразид N-(3 псев-доэфедринилуксусной кислоты и
изониазид в дозе 10 мг/кг: легкие увеличены, отечны, гиперемированы, содержали в среднем до 10 серых бугорков без некроза. Индекс поражения в среднем составил у гидра-зида М-с1 псевдоэфедринилуксусной кислоты - 0,9 баллов, у изониазида - 0,94 балла, индекс эффективности соответственно: 62,5 % и 60,3 %.
При увеличении дозы вводимого соединения эффективность лечения гидразидом N-<1 псевдоэфедринилуксусной кислоты нарастает. У животных, получавших гидразид (4) в дозе 20 мг/кг, макроскопически: легкие отечны, гиперемированы, содержат в среднем до 6 серых бугорков без некроза. Индекс поражения легочной ткани - 0,8 баллов, индекс эффективности - 66,7 %.
Животные, леченные гидразидом М-с1-псевдоэфедринилуксус-ной кислоты в дозе 40 мг/кг: легкие нормальных размеров, поражения незначительные в виде единичных бугорков лишь у части животных. Индекс поражения легочной ткани: для мышей 0,5 баллов, для морских свинок 0,6 баллов, индекс эффективности - 79,2 % и 78,6 % соответственно.
Индекс количества микобактерий туберкулеза в мазках из легочной ткани у мышей, леченных гидразидом М-с1-псевдоэфедринилук-сусной кислоты и изониазидом - 1,9-2 балла; у контрольных животных (не леченных) - 3 балла; у морских свинок, леченных гидразидом (4) -1,8 баллов; у контрольных животных - 3 балла.
Таким образом, на основа-
или полученных результатов по изучению противотуберкулезной активности, было установлено, что гнлразид N-d псевдоэфедринилук-сусной кислоты (4) оказывает выраженное противотуберкулезное действие, как in vitro, так и на модели
экспериментального генерализованного туберкулеза, по эффективности равнозначен активности изониа-зида, что позволяет считать его перспективным противотуберкулезным соединением.
ЛИТЕРАТУРА
1. Dolin P.J., Raviglione M C., К ос hi A. //Bull. Word Health. Organ. 1594.72, 213.
2. Кораблев В.P., Карпенко О.Л., Калиниченко С.Ю.// Пробл. туберк. 1995. №4. С.6-9.
3. Кучеров А. //Врач. 1996. .42. С.31.
4. Смирнов Г.А. Основы химиотерапии туберкулеза: Учебник. Пособие для врачей. Л.: МЗ СССР. 1930.45с.
5. Waisser К. //Cesk. Pharm . 1593, V.42. N5. P.223-227.
6. KumpW. //Chem. Abstr. 1990. V 113. N19-171781.
7. Koul S.K., Taneja S.C. // bdiaa Drags. 1990.V.27.N.4. P.227-238.
8. Desai N.C. // Indian J. Chem., Seet.B, 1993. Y.323. N3. P.343-346.
9. Waisser K., Kunes J., Klimes J. , etc. // Collect. Czech. Chem. Commun. 1993. V.58. N1. P.191-196.
10. Paul U.K., Chateijee A.B., Bag S.P. // Indian J. Chem., Sect,A. 1990.V.29A. N 10. P.986-995.
11. Курмангалиева P.Г., По-плавская И.А., Абдуллин К.А., Блехман И.М.//Хим.-фарм.ж. 1989. Т.23.Т10. С. 1229-1232.
12. Газалиев A.M., Нуркенов О.А., Канахин А.В., Журинов М.Ж. //Жури. общ. хим. -1997. -Т.67. -С. 1222.
13. М ашковский М.Д. Л екар-ственные средства. М..'Медицина, 1993. -Ч. 1-2.
14. Кулаков И.В. / Автореферат дисс... канд.хим. наук. Караганда, 1999. -25с.
