Научная статья на тему 'Оценка бактерицидной активности фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов'

Оценка бактерицидной активности фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
113
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БАКТЕРИЦИДНАЯ АКТИВНОСТЬ / ФТОРСОДЕРЖАЩИЕ ДИОКСАФОСФОРИНАНОКСИДЫ / 4-МЕТИЛ-2-(2 / 2 / 2-ТРИФТОРЭТОКСИ)-1 / 3 / 2-ДИОКСАФОСФОРИНАН-2-ОКСИД / ESCHERICHIA COLI / STAPHYLOCOCCUS AUREUS / PSEUDOMONAS AERUGINOSA / BACILLUS CEREUS / BACILLUS THURINGIENSIS / BACTERICIDAL ACTIVITY / FLUORINE-CONTAINING DIOXAPHOSPHORINANE OXIDES / 4-METHYL-2-(2 / 2 / 2-TRIFLUOROETHOXY)-1 / 3 / 2-DIOXAPHOSPHORINANE-2-OXIDE

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Михайленко Валентина Львовна, Вятчина Ольга Федоровна, Налибаева Арайлым Муратовна, Поздеева Александра Сергеевна, Бишимбаева Гаухар Козыкеевна

Приводятся оригинальные данные о синтезе и бактерицидных свойствах фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов представителей биологически важного класса циклических фосфатов. Бактерицидную активность синтезированных фосфатов оценивали по отношению к штаммам Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus и Bacillus thuringiensis. Результаты исследования показали, что фосфоринаноксид с трифторэтокси-группой оказывает бактерицидное действие на штаммы E. coli и P. aeruginosa, однако у последнего наблюдается интенсивное продуцирование пигмента в случае всех фосфоринаноксидов. Штамм S. aureus проявил чувствительность ко всем изучаемым соединениям, при этом наблюдается бактериостатический эффект .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Михайленко Валентина Львовна, Вятчина Ольга Федоровна, Налибаева Арайлым Муратовна, Поздеева Александра Сергеевна, Бишимбаева Гаухар Козыкеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Estimation of Bactericidal Activity of Fluorine-Containing Dioxaphosphorinane Oxides

Design of new pharmacophore molecules, which contain vital phosphorus-containing heterocycles and their derivatives, is one of the urgent tasks of bioorganic chemistry. In the present paper, we report the original data on the synthesis and bactericidal properties of fluorine-containing dioxaphosphorinane oxides, representatives of the biologically important class of organic cyclic phosphates (nucleotides, phosphorylated carbohydrates, phospholipids), which play an important role in biochemical processes. In recent years, these compounds have been widely studied as promising precursors of drugs, monomers for the production of biomedical materials, ligands for metal complexes, as well as building blocks for organic synthesis. Among them are substances with antibacterial, antiviral, fungicidal and insecticidal activity. Special attention is paid to the directed synthesis of phosphorus-containing heterocycles with pharmacophoric fluoroalkyl fragments. In this study, we report on the synthesis of some representatives of dioxaphosphorinane oxides with exocyclic fluoroalkyl substituents. The target dioxaphosphorinane oxides were obtained by us in two stages based on the available reagents (phosphoryltrichloride, fluorinated alcohols and 1,3-butanediol) under mild experimental conditions. At the first stage, the synthesis of trifluoroethyl, tetrafluoropropyl and octafluoropentyl dichlorophosphates from phosphoryltrichloride and fluorinated alcohols is carried out in the presence of catalytic amounts of lithium chloride. In the second stage, cyclization of polyfluoroalkyl dichlorophosphates with 1,3-butanediol was used to construct six-membered phosphorus-containing heterocycles. The reaction readily proceeds at a temperature of -10 ÷ 25˚C for 5 h in the presence of pyridine in diethyl ether and leads to the formation of 4-methyl-2-(polyfluoroalkoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinane 2-oxides with a preparative yield of up to 71%. 4-Methyl-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinane 2-oxide was obtained by us for the first time in this work according to the developed technique. The structure and composition of the synthesized individual representatives of the class of cyclic organic phosphates polyfluoroalkylated phosphorinane oxides has been reliably proven based on NMR spectroscopy data on 1H, 13C, 19F, 31P nuclei, IR spectroscopy and elemental analysis. The use of two-dimensional homoand heteronuclear NMR spectroscopy (COZY, HSQC, HMBC) made it possible to confirm the existence of synthesized 4-methyl-2-(polyfluoroalkoxy)phosphorinane oxides in the form of two isomers with a cisand translocation of a polyfluoroalkoxy substituent at the phosphorus atom and the methyl group in 4 the position of the phosphorus-containing cycle (isomer ratio ~ 1:1). The bactericidal activity of the obtained cyclic phosphates was evaluated by the agar well diffusion method with respect to the strains of Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis. Fish peptone agar was used for work, 0.02 mmol of the active substance was added to the well in the form of an aqueous solution (for trifluoroethoxy and tetrafluoropropoxy substituents for dioxaphosphorinane oxides) or an emulsion (for an octafluoropentyloxy group with dioxaphosphorinane oxide). Cultures were incubated at +30°C, and after 24 hours, results were recorded. Test-cultures under similar conditions without adding the studied substances to the wells was used as a control. Studies have shown that a previously unknown dioxaphosphorinane oxide with a trifluoroethoxy group has a bactericidal effect on E. coli and P. aeruginosa strains, while compounds with longer polyfluoroalkoxy substituents (with tetrafluoropropoxy and octafluoropentyloxy groups) do not inhibit the growth of these cultures. At the same time, a 10-fold decrease in the concentration of dioxa-phosphorinane oxide with the trifluoroethoxy group (0.002 mmol of the active substance) also has a bactericidal effect on the E. coli strain. It should be noted that, in the P. aeruginosa strain, there is an intensive production of pigment compared with the control in the case of using all the studied phosphorinane oxides, regardless of the degree of fluorination of the polyfluoroalkoxyl substituent. Strain S. aureus showed sensitivity to all three polyfluorine-containing compounds, while there is a bacteriostatic effect. The synthesized compounds do not affect the growth of B. cereus soil bacterial strains (which can cause toxic humans infections) and the entomopathogenic B. thuringiensis bacterium. The data obtained evidence that fluorine-containing dioxaphosphorinane oxides could be successfully used as agents that inhibit the growth of conditionally pathogenic bacteria such as P. aeruginosa and S. aureus, causing opportunistic humans infections.

Текст научной работы на тему «Оценка бактерицидной активности фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов»

Серия «Биология. Экология»

2019. Т. 27. С. 30-40 Онлайн-доступ к журналу: http://izvestiabio.isu.ru/ru

И З В Е С Т И Я Иркутского государственного университета

УДК 547.87+579.0+579.6

DOI https://doi.org/10.26516/2073-3372.2019.27.30

Оценка бактерицидной активности фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов

В. Л. Михайленко1, О. Ф. Вятчина1, А. М. Налибаева2,

A. С. Поздеева1, Г. К. Бишимбаева2, С. И. Верхотурова3

'Иркутский государственный университет, г. Иркутск, Россия

2Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д. В. Сокольского, г. Алматы,

Казахстан

3Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН, г. Иркутск, Россия E-mail: [email protected]

Аннотация. Приводятся оригинальные данные о синтезе и бактерицидных свойствах фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов - представителей биологически важного класса циклических фосфатов. Бактерицидную активность синтезированных фосфатов оценивали по отношению к штаммам Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus и Bacillus thuringiensis. Результаты исследования показали, что фосфоринаноксид с трифторэтокси-группой оказывает бактерицидное действие на штаммы E. coli и P. aeruginosa, однако у последнего наблюдается интенсивное продуцирование пигмента в случае всех фосфоринаноксидов. Штамм S. aureus проявил чувствительность ко всем изучаемым соединениям, при этом наблюдается бактериостати-ческий эффект.

Ключевые слова: бактерицидная активность, фторсодержащие диоксафосфоринанок-сиды, 4-метил-2-(2,2,2-трифторэтокси)-1,3,2-диоксафосфоринан-2-оксид, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis.

Для цитирования: Оценка бактерицидной активности фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов /

B. Л. Михайленко, О. Ф. Вятчина, А. М. Налибаева, А. С. Поздеева, Г. К. Бишимбаева, С. И. Верхотурова // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2019. Т. 27. С. 30-40. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2019.27.30

Введение

1,3,2-диоксафосфоринаноксиды - представители важного класса циклических фосфатов - широко исследуются как перспективные прекурсоры лекарственных средств [Synthesis of nucleoside ... , 2014; Wiemer, Wiemer, 2015] и мономеры для получения материалов биомедицинского назначения [Milestones in development ... , 2014]. Известно, что эти соединения обладают антибактериальной [Synthesis and biological ... , 2010], противовирусной [Antiviral efficacy ... , 2011], инсектицидной [Synthesis and biological ... , 2005] и фунгицидной [Synthesis and biological ... , 2005; Synthesis and biological ... , 2010] активностью.

Особое внимание уделяется созданию новых представителей этого класса, содержащих дополнительные фармакофорные фрагменты. Например, показано, что введение фторалкильных групп в молекулы фосфорорга-нических соединений повышает фармакологическую (противовирусную, антибактериальную) активность этих соединений [Baszczynski, Janeba, 2013; In vitro evalution ..., 2014].

Целью настоящей работы является исследование бактерицидной активности трёх синтезированных нами соединений из группы фторсодержащих диоксафосфоринаноксидов.

Материалы и методы

Объектами исследования являлись ранее не изученные отдельные представители класса циклических фосфатов: 4-метил-2-(полифторалкокси)-1,3,2-диоксафосфоринан-2-оксиды 1-3.

Целевые фторсодержащие фосфоринаноксиды 1-3 синтезированы в результате реакции циклизации фторалкилдихлорфосфатов и 1,3-бутандиола, протекающей в присутствии пиридина (рис. 1).

Rf = CF3CH2 (1, 59%), H(CF2)2CH2 (2, 71%), H(CF2)4CH2 (3, 70%)

Рис. 1. Схема синтеза фторированных диоксафосфоринанов

На первой стадии синтеза целевых фосфатов 1-3 из фосфорилтрихлор-ида и полифторалканолов в присутствии каталитических количеств хлорида лития нами были получены полифторалкилдихлорфосфаты [Синтез циано-этилированных..., 2016]. На второй стадии фторалкилдихлорфосфаты введены в реакцию циклизации с 1,3-бутандиолом в мягких условиях (-10...+25 °C, 5 ч, система пиридин/диэтиловый эфир), при этом препаративный выход фторсодержащих фосфоринаноксидов 1-3 составил 59-71 %. Фосфоринаноксид 1 с трифторэтокси-группой впервые синтезирован нами в описываемом исследовании (см. рис. 1), фосфоринаноксиды 2 и 3 с полиф-торпропокси- и полифторпентилокси-группами получены согласно имеющейся методике [Синтез полифторалкилированных ... , 2017].

Структура и состав синтезированных фосфоринанов 1-3 надёжно доказаны на основании данных ЯМР, ИК-спектроскопии и элементного анализа. Применение двумерной спектроскопии ЯМР (COSY, HSQC, HMBC) позволило подтвердить существование синтезированных фосфоринаноксидов 1-3 в виде двух изомеров (с цис- и транс-расположением полифторалкоксиль-ного заместителя при атоме фосфора и метильной группы в кольце, в соотношении, близком 1 : 1).

Спектры ЯМР на ядрах 1Н, 13C, 19F, 31Р получены на ЯМР-спектрометрах DPX 400 и AVANCE III 400 (оба Bruker Optks, Германия) (рабочие частоты 400,13; 101,61; 376,50 и 161,98 МГц), внутренний стандарт - ГМДС ОН, 13C), CFCI3 (19F), внешний стандарт - 85%-ная H3PO4 (31P). ИК-спектры записаны на ИК-Фурье-спектрометре IFS 25 (Bruker Optks, Германия) в тонком слое.

Спектральные и физико-химические константы нового представителя изучаемого класса фосфатов соединения 1 приведены ниже. 4-Метил-2-(2,2,2-трифторэтокси)-1,3,2-диоксафосфоринан-2-оксид, смесь цис-, трансизомеров в соотношении 1:1 (согласно данным ЯМР в растворе С^6), прозрачная жидкость, т. кип. 92,5 °C (0,03 mm Hg), d420 1,41071. Спектр ЯМР :Н, 5, м.д. для цис-изомера: 0,89 д. д (3H, CH3, 3JHH 6,4 Гц, 4JHP 1,7 Гц), 0,98 м, 1,11 м (2H, CH2-5), 3,72 м, 3,79 м (2H, CH2-6), 4,07 м (2H, CH2O), 4,15 м (1H, CH-4); для транс--изомера: 0,85 д.д (3H, CH3, Vhh 6,2 Гц, 4JHP 2.7 Гц), 0,61 м, 1,22 м (2H, CH2-5), 3,61 м, 3,68 м (2H, CH2-6), 3,94 м (1H, CH-4), 4,07 м (2H, CH2O). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д. для цис-изомера: 21,1 (CH3), 31,6 (CH2-5), 63,57 (CF3CH2), 66,7 (CH2-6), 77,0 (CH-4), 123,6 (CF3); для транс-изомера: 21,8 (CH3), 32,6 (CH2-5), 63,58 (CF3CH2), 68,2 (CH2-6), 77,6 (CH-4), 123,6 (CF3). Спектр ЯМР 19F, 5, м.д. для цис-изомера: -75,19 т (CF3, 3JHF 8,2 Гц); для транс-изомера: -75,12 т (CF3, 3JHF 8,2 Гц). Спектр ЯМР 31P 5, м.д. для цис-изомера: -5,75; для транс-изомера: -7,56. ИК-спектр, v, см-1: 3551 ср, 3499 ср, 3222 сл, 2985 с, 2933 с, 2745 сл, 2593 сл, 2131 сл, 2013 сл, 1939 сл, 1727 сл, 1645 сл, 1478 с, 1454 с, 1425 с, 1389 с, 1284 с, 1175 с, 1103 с, 1069 с, 1038 с, 995 с, 967 с, 903 с, 869 с, 841 с, 813 с, 740 с, 657 с, 602 с, 557 с, 507 с, 481 с, 439 с. Элементный анализ: найдено, %: C, 30,42; H, 4,71, C6Hj0F3O4P; вычислено, %: C, 30,78; H, 4,31.

Спектральные и физико-химические константы соединений 2 и 3 соответствуют описанным ранее [Синтез полифторалкилированных..., 2017].

В качестве тест-культур использовали пять штаммов бактерий: Escherichia coli АТСС 35218, Staphylococcus aureus АТСС 29213 (оба штамма предоставлены В. А. Чхенкели, Иркутский ГАУ имени А. А. Ежевского), Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis (штаммы из коллекции микроорганизмов кафедры микробиологии ИГУ).

Влияние синтезированных фосфоринаноксидов 1-3 на рост исследуемых штаммов бактерий оценивали при помощи метода «лунок» [Нетрусов, 2005]. Стерильную среду - рыбо-пептонный агар (РПА) - разливали в чашки Петри с диаметром 5 см. После застывания среды в центре чашки стерильным сверлом с диаметром 0,5 см вырезали лунку. Далее проводили посев тест-культур методом «газона», нанося пипеткой каплю суспензии тест-культуры на поверхность среды и растирая её по поверхности стерильным шпателем. В лунку вносили фосфоринаноксиды в объёме 50-80 мкл в виде 10%-ного водного раствора для соединений 1, 2 или эмульсии для соединения 3, что составило 0,02 ммоль изучаемых веществ. Для соединения 1 дополнительно проводили эксперимент с 1%-ным водным раствором (0,002 ммоль действующего вещества) со штаммом E. coli. Контролем слу-

жил посев тест-культур на чашки Петри с РПА без внесения в лунки исследуемых соединений. Посевы инкубировали при +30 °С, через 24 ч проводили регистрацию результатов: отмечали проявления бактерицидного или бак-териостатического действия тестируемых веществ. Радиус зоны подавления роста микроорганизмов вокруг лунки с исследуемым веществом измеряли с помощью миллиметровой линейки.

Результаты и обсуждение

Проведённые исследования показали, что фосфоринаноксид с экзоцик-лическим трифторэтильным заместителем 1 оказывает бактерицидное действие на штаммы E. coli и P. aeruginosa при внесении в лунку 0,02 ммоль действующего вещества (табл. 1, рис. 2). Зона подавления роста E. coli составила 3-5 мм (см. рис. 2, А), P. aeruginosa - 4 мм (см. рис. 2, С), при этом культура P. aeruginosa более интенсивно продуцирует пигмент по сравнению с контролем (см. рис. 2, С, D). Следует отметить, что фосфоринаноксид 1 оказывает бактерицидное действие на штамм E. coli при 10-кратном снижении концентрации (см. рис. 2, В).

Таблица 1

Влияние фосфоринаноксида 1 (0,02 ммоль) на рост исследуемых тест-культур

Тест-культура Радиус зоны подавления роста, мм, вид воздействия

E. coli 3 - 5*(бактерицидное действие)

P. aeruginosa 4 (бактерицидное действие)

S. aureus 5 (бактериостатическое действие)

B. cereus 0

B. thuringiensis 0

Примечание: * - зона подавления роста вокруг лунки неправильной формы

По отношению к S. aureus выявлено бактериостатическое действие фосфоринаноксида 1. Зона угнетения роста составила 5 мм (см. табл. 1, рис. 3).

Штаммы B. cereus и B. thuringiensis оказались нечувствительными к соединению 1 (см. табл. 1, рис. 4).

Оказалось, что синтезированные фосфоринаноксиды 2 и 3 с более длинными полифторалкоксильными заместителями в отличие от фосфори-наноксида 1 не подавляют рост штаммов E. coli и P. aeruginosa при аналогичной концентрации действующего вещества (табл. 2), но при этом, как и соединение 1, оказывают бактериостатическое действие на культуру S. au-reus (см. табл. 2, рис. 5).

Таблица 2

Влияние фосфоринаноксидов 2, 3 (0,02 ммоль) на рост исследуемых тест-культур

Тест-культура Радиус зоны подавления роста, мм

фосфоринаноксид 2 фосфоринаноксид 3

E. coli 0 0

P. aeruginosa 0 0

S. aureus 5 (бактериостатическое действие) 5 (бактериостатическое действие)

B. cereus 0 0

B. thuringiensis 0 0

Следует отметить, что соединения 2 и 3 стимулировали рост культуры P. аeruginosa, при этом отмечалось (как и в случае соединения 1) более интенсивное продуцирование пигмента по сравнению с контролем (рис. 6). Полученные данные представляют интерес с целью дальнейшего изучения влияния исследуемых фосфоринаноксидов 1-3 на культуру P. аeruginosa.

Рис. 2. Бактерицидное действие фосфоринаноксида 1: на штамм E. coli. А - 0,02 ммоль 1, В - 0,002 ммоль 1; на штамм P. aeruginosa. С - 0,02 ммоль 1; D - контроль

Рис. 3. А - бактериостатическое действие фосфоринаноксида 1 (0,02 ммоль) на штамм S. aureus; В - контроль

Рис. 4. Влияние фосфоринаноксида 1 (0,02 ммоль): А - на штамм B. cereus, В - контроль; С - на штамм B. thuringiensis, D - контроль

Рис. 5. Бактериостатическое действие фосфоринаноксида 2 (А) и 3 (В) на штамм S. aureus; C - контроль

Рис. 6. Влияние фосфоринаноксидов 2 (А) и 3 (B) на рост штамма P. aeruginosa; С -контроль

Фосфоринаноксиды 2 и 3, как и соединение 1, не оказывали влияния на рост В. свгвш и В. thuringiensis (см. табл. 2, рис. 7).

Рис. 7. Влияние фосфоринаноксидов 2 (А) и 3 (В) на штамм B. cereus, С - контроль; влияние фосфоринаноксидов 2 (D) и 3 (E) на штамм B. thuringiensis, F - контроль

Заключение

Исследования по оценке микробиоцидных свойств новых представителей полифторалкилированных диоксафосфоринанов показали, что фосфо-ринаноксид 1 оказывает бактерицидное действие на штаммы E. coli и P. aeruginosa, а фосфоринаноксиды 2 и 3 не подавляют рост этих культур. При этом в присутствии испытуемых соединений у P. aeruginosa усиливается пигментообразование. Штамм S. aureus проявляет чувствительность ко всем трём испытуемым соединениям, при этом отмечается бактериостатический эффект. Исследуемые полифторированные диоксафосфоринаны не оказывают влияния на рост почвенной бактерии B. cereus и энтомопатогенной бактерии B. thuringiensis.

Список литературы

Нетрусов А. И. Практикум по микробиологии. М. : Академия, 2005. 608 с.

Синтез цианоэтилированных фторалкилфосфатов / Н. К. Гусарова, С. И. Верхоту-рова, С. Н. Арбузова, Т. И. Казанцева, А. М. Налибаева, Г. К. Бишимбаева // Бутлеров-ские сообщения. 2016. Т. 47, № 8. С. 29-34.

Синтез полифторалкилированных 1,3,2-диоксафосфолан- и 1,3,2-диоксафосфоринаноксидов / Н. К. Гусарова, С. И. Верхотурова, С. Н. Арбузова, Т. И. Казанцева, А. И. Албанов, А. М. Налибаева, Г. К. Бишимбаева // ЖОрХ. 2017. Т. 53, вып. 11. С. 1591-1597. https://doi.org/10.1134/S107042801711001X

Antiviral Efficacy upon Administration of a HepDirect Prodrug of 2,-C-Methylcytidine to Hepatitis C Virus-Infected Chimpanzees / S. S. Carroll, K. Koeplinger, M. Vavrek, N. R. Zhang, L. Handt, M. MacCoss, D. B. Olsen, K. R. Reddy, Z. Sun, P. D. van Poelje, J. M. Fujit-

aki, S. H. Boyer, D. L. Linemeyer, S. J. Hecker, M. D. Erion // Antimicrobial agents and chemotherapy. 2011. Vol. 55, N 8. P. 3854-3860. https://doi.org/10.1128/AAC.01152-10

Baszczynski O., Janeba Z. Medicinal Chemistry of Fluorinated Cyclic and Acyclic Nucleoside Phosphonates // Med. Res. Rev. 2013. Vol. 33, N 6. P. 1304-1344. https://doi.org/10.1002/med.21296

In vitro evaluation of 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)adenine ester analogues, a series of anti-HBV structures with improved plasma stability and liver release / S. Liao, S.-Y. Fan, Q. Liu, C.-K. Li, J. Chen, J.-L. Li, Z.-W. Zhang, Z.-Q. Zhang, B.-H. Zhong, J.-W. Xie // Arch. Pharm. Res. 2014. Vol. 37. P. 1416-1425. https://doi.org/10.1007/s12272-013-0300-6

Milestones in development of a ring-opening polymerization of the heterocyclic monomers - view from a personal perspective / A. Duda, P. Kubisa, G. Lapienis, S. Slomkowski // Polimery. 2014. Vol. 59, N 1. P. 9-23. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.009

Synthesis and biological activity of alkyl-2-[5-(hydroxy methyl)-5-nitro-2-oxo-1,3,2X5-dioxaphosphinan-2-yl]amino acid esters / E. Dadapeer, K. R. M. Naidu, M. Ramesh, C. N. Raju, M. N. Devamma // J. Chem. Pharm. Res. 2010. Vol. 2, N 3. P. 109-116.

Synthesis and Biological Activity of Cis 2-(6-Chloropyridine-3-yl)methylamino-4-substitutedphenyl-5,5-dimethyl-1,3,2-dioxaphosphinane 2-Oxides / D. Q. Shi, Y. Liu, A. D. Feras, X. S. Tan, J. X. Chen // Phosphorus, Sulfur, and Silicon. 2005. Vol. 180, N 8. P. 1937-1946. http://dx.doi.org/10.1080/104265090902697

Synthesis of Nucleoside Phosphate and Phosphonate Prodrugs / U. Pradere, E. C. Gar-nier-Amblard, S. J. Coats, F. Amblard, R. F. Schinazi // Chem. Rev. 2014. Vol. 114, N 18. P. 9154-9218. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr5002035

Wiemer A. J., Wiemer D. F. Prodrugs of Phosphonates and Phosphates: Crossing the Membrane Barrier // Top. Curr. Chem. 2015. Vol. 360. P. 115-160. https://doi.org/10.1007/128_2014_561

Estimation of Bactericidal Activity of Fluorine-Containing Dioxaphosphorinane Oxides

V. L. Mikhailenko1, O. F. Vyatchina1, A. M. Nalibayeva2, A. S. Pozdeeva1, G. K. Bishimbayeva2, S. I. Verkhoturova3

'Irkutsk State University, Irkutsk, Russian Federation

2 D.V. Sokol'sky Institute of Fuel, Catalysis, and Electrochemistry, Almaty, Kazakhstan 3A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS, Irkutsk, Russian Federation

Abstract. Design of new pharmacophore molecules, which contain vital phosphorus-containing heterocycles and their derivatives, is one of the urgent tasks of bioorganic chemistry. In the present paper, we report the original data on the synthesis and bactericidal properties of fluorine-containing dioxaphosphorinane oxides, representatives of the biologically important class of organic cyclic phosphates (nucleotides, phosphorylated carbohydrates, phospholipids), which play an important role in biochemical processes. In recent years, these compounds have been widely studied as promising precursors of drugs, monomers for the production of biomedical materials, ligands for metal complexes, as well as building blocks for organic synthesis. Among them are substances with antibacterial, antiviral, fungicidal and insecti-cidal activity. Special attention is paid to the directed synthesis of phosphorus-containing heterocycles with pharmacophoric fluoroalkyl fragments. In this study, we report on the synthesis of some representatives of dioxaphosphorinane oxides with exocyclic fluoroalkyl substituents. The target dioxaphosphorinane oxides were obtained by us in two stages based on the available reagents (phosphoryltrichloride, fluorinated alcohols and 1,3-butanediol) under mild experimental conditions. At the first stage, the synthesis of trifluoroethyl, tetrafluoropropyl and oc-tafluoropentyl dichlorophosphates from phosphoryltrichloride and fluorinated alcohols is car-

ried out in the presence of catalytic amounts of lithium chloride. In the second stage, cycliza-tion of polyfluoroalkyl dichlorophosphates with 1,3-butanediol was used to construct six-membered phosphorus-containing heterocycles. The reaction readily proceeds at a temperature of -10 ■ 25°C for 5 h in the presence of pyridine in diethyl ether and leads to the formation of 4-methyl-2-(polyfluoroalkoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinanе 2-oxides with a preparative yield of up to 71%. 4-Methyl-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinanе 2-oxide was obtained by us for the first time in this work according to the developed technique. The structure and composition of the synthesized individual representatives of the class of cyclic organic phosphates - polyfluoroalkylated phosphorim^ oxides has been reliably proven based on NMR spectroscopy data on 1H, 13C, 19F, 31P nuclei, IR spectroscopy and elemental analysis. The use of two-dimensional homo- and heteronuclear NMR spectroscopy (COZY, HSQC, HMBC) made it possible to confirm the existence of synthesized 4-methyl-2-(polyfluoroalkoxy)phosphorinane oxides in the form of two isomers with a cis- and trans- location of a polyfluoroalkoxy substituent at the phosphorus atom and the methyl group in 4 the position of the phosphorus-containing cycle (isomer ratio ~ 1:1). The bactericidal activity of the obtained cyclic phosphates was evaluated by the agar well diffusion method with respect to the strains of Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis. Fish peptone agar was used for work, 0.02 mmol of the active substance was added to the well in the form of an aqueous solution (for trifluoroethoxy and tetrafluoropropoxy substituents for dioxaphosphorinane oxides) or an emulsion (for an octafluoropentyloxy group with dioxaphosphorinane oxide). Cultures were incubated at +30°C, and after 24 hours, results were recorded. Test-cultures under similar conditions without adding the studied substances to the wells was used as a control. Studies have shown that a previously unknown dioxaphosphorinane oxide with a trifluoroethoxy group has a bactericidal effect on E. coli and P. aeruginosa strains, while compounds with longer polyfluoroalkoxy substituents (with tetrafluoropropoxy and octafluoropentyloxy groups) do not inhibit the growth of these cultures. At the same time, a 10-fold decrease in the concentration of dioxa-phosphorinane oxide with the trifluoroethoxy group (0.002 mmol of the active substance) also has a bactericidal effect on the E. coli strain. It should be noted that, in the P. aeruginosa strain, there is an intensive production of pigment compared with the control in the case of using all the studied phosphorinane oxides, regardless of the degree of fluorination of the polyfluoroalkoxyl substituent. Strain S. aureus showed sensitivity to all three polyfluorine-containing compounds, while there is a bacteriostatic effect. The synthesized compounds do not affect the growth of B. cereus soil bacterial strains (which can cause toxic humans infections) and the entomopathogenic B. thuringiensis bacterium. The data obtained evidence that fluorine-containing dioxaphosphorinane oxides could be successfully used as agents that inhibit the growth of conditionally pathogenic bacteria such as P. aeruginosa and S. aureus, causing opportunistic humans infections.

Keywords: bactericidal activity, fluorine-containing dioxaphosphorinane oxides, 4-methyl-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)-1,3,2-dioxaphosphorinane-2-oxide, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis.

For citation: Mikhailenko V.L., Vyatchina O.F., Nalibayeva A.M., Pozdeeva A.S., Bishimbayeva G.K., Verkhoturova S.I. Estimation of Bactericidal Activity of Fluorine-Containing Dioxaphosphorinane Oxides. The Bulletin of Irkutsk State University. Series Biology. Ecology, 2019, vol. 27, pp. 30-40. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2019.27.30 (in Russian)

References

Netrusov A.I. Praktikum po mikrobiologii [Workshop on microbiology]. Moscow, Akademia Publ., 2005, 608 p. (in Russian)

Gusarova N.K., Verkhoturova S.I., Arbuzova S.N., Kazantseva T.I., Nalibayeva A.M., Bishimbayeva G.K. Sintez tsianoetilirovannykh ftoralkilfosfatov [Synthesis of cyanoethylated fluoroalkylphosphates]. Butlerov Communications, 2016, vol. 47, no. 8, pp. 29-34. (in Russian)

Gusarova N.K., Verkhoturova S.I., Arbuzova S.N., Kazantseva T.I., Albanov A.I., Nalibayeva A.M., Bishimbayeva G.K. Sintez poliftoralkilirovannykh 1,3,2-dioksafosfolan- i 1,3,2-dioksafosforinanoksidov [Synthesis of Polyfluoralkylated 1,3,2-Dioxaphospholane and 1,3,2-Dioxaphosphorinane Oxides]. Rus. J. Org. Chem., 2017, vol. 53, no. 11, pp. 1623-1629. https://doi.org/10.1134/S107042801711001X. (in Russian)

Carroll S.S., Koeplinger K., Vavrek M., Zhang N.R., Handt L., MacCoss M., Olsen D.B., Reddy K.R., Sun Z., van Poelje P.D., Fujitaki J.M., Boyer S.H., Linemeyer D.L., Hecker S.J., Erion M.D. Antiviral Efficacy upon Administration of a HepDirect Prodrug of 2-C-Methylcytidine to Hepatitis C Virus-Infected Chimpanzees. Antimicrobial agents and chemotherapy, 2011, vol. 55, no. 8, pp. 3854-3860. https://doi.org/10.1128/AAC.01152-10

Baszczynski O., Janeba Z. Medicinal Chemistry of Fluorinated Cyclic and Acyclic Nucleoside Phosphonates. Med. Res. Rev, 2013, vol. 33, no. 6, pp. 1304-1344. https://doi.org/10.1002/med.21296

Liao S., Fan S.-Y., Liu Q., Li C.-K., Chen J., Li J.-L., Zhang Z.-W., Zhang Z.-Q., Zhong B.-H., Xie J.-W. In vitro evaluation of 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)adenine ester analogues, a series of anti-HBV structures with improved plasma stability and liver release. Arch. Pharm. Res, 2014, vol. 37, pp. 1416-1425. https://doi.org/10.1007/s12272-013-0300-6

Duda A., Kubisa P., Lapienis G., Slomkowski S. Milestones in development of a ring-opening polymerization of the heterocyclic monomers - view from a personal perspective. Po-limery, 2014, vol. 59, no. 1, pp. 9-23. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.009

Dadapeer E., Naidu K.R.M., Ramesh M., Raju C.N., Devamma M.N. Synthesis and biological activity of alkyl-2-[5-(hydroxy methyl)-5-nitro-2-oxo-1,3,2X5-dioxaphosphinan-2-yl]amino acid esters. J. Chem. Pharm. Res., 2010, vol. 2, no. 3, pp. 109-116.

Shi D.Q., Liu Y., Feras A.D., Tan X.S., Chen J.X. Synthesis and Biological Activity of Cis 2-(6-Chloropyridine-3-yl)methylamino-4-substitutedphenyl-5,5-dimethyl-1,3,2-

dioxaphosphinane 2-Oxides. Phosphorus, Sulfur, and Silicon, 2005, vol. 180, no. 8, pp. 19371946. http://dx.doi.org/10.1080/104265090902697

Pradere U., Garnier-Amblard E.C., Coats S.J., Amblard F., Schinazi R.F. Synthesis of Nucleoside Phosphate and Phosphonate Prodrugs. Chem. Rev., 2014, vol. 114, no. 18, pp. 9154-9218. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr5002035

Wiemer A.J., Wiemer D.F. Prodrugs of Phosphonates and Phosphates: Crossing the Membrane Barrier. Top. Curr. Chem., 2015, vol. 360, pp. 115-160. https://doi.org/10.1007/128_2014_5

Михайленко Валентина Львовна кандидат химических наук, доцент Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел. (3952) 24-18-55 e-mail: [email protected]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Вятчина Ольга Федоровна кандидат биологических наук, доцент Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел. (3952) 24-18-55 e-mail: [email protected]

Mikhailenko Valentina Lvovna Candidate of Science (Chemistry), Associate Professor Irkutsk State University 1 K. Marx st., Irkutsk, 664003, Russian Federation tel.: (3952) 24-18-55 e-mail: [email protected]

Vyatchina Olga Fedorovna Candidate of Science (Biology), Associate Professor Irkutsk State University 1, K. Marx st., Irkutsk, 664003, Russian Federation tel.: (3952) 24-18-55 e-mail: [email protected]

Налибаева Арайлым Муратовна научный сотрудник Институт топлива, катализа и электрохимии имени Д. В. Сокольского Казахстан, 050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142 тел. (727) 291-65-58 e-mail: [email protected]

Поздеева Александра Сергеевна магистрант

Иркутский государственный университет Россия, 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел. (3952) 24-18-55

Бишимбаева Гаухар Козыкеевна доктор технических наук, профессор главный научный сотрудник Институт топлива, катализа и электрохимии имени Д. В. Сокольского Казахстан, 050010, г. Алматы, ул. Кунаева, 142 тел. (727) 291-58-08 e-mail: [email protected]

Верхотурова Светлана Ильясовна

кандидат химических наук,

старший научный сотрудник

Иркутский институт химии

им. А. Е. Фаворского СО РАН

Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

тел. (3952) 42-59-31

e-mail: [email protected]

Nalibayeva Araylym Muratovna

Research Scientist

D.V. Sokolsky Institute of Fuel,

Catalysis and Electrochemistry

142, Kunayev st., Almaty, 050010,

Kazakhstan

tel.: (727) 291-65-58

e-mail: [email protected]

Pozdeeva Aleksandra Sergeevna

Graduate Student

Irkutsk State University

1, K. Marx st., Irkutsk, 664003,

Russian Federation

tel.: (3952) 24-18-55

Bishimbayeva Gaukhar Kozykeevna

Doctor of Science, Professor,

Principal Research Scientist

D.V. Sokolsky Institute of Fuel,

Catalysis and Electrochemistry

142 Kunayev st., Almaty, 050010, Kazakhstan

tel.: (727) 291-58-08

e-mail: [email protected]

Verkhoturova Svetlana Ilyasovna Candidate of Science (Chemistry), Senior Research Scientist A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky st., Irkutsk, 664033, Russian Federation tel.: (3952) 42-59-31 e-mail: [email protected]

Дата поступления: 15.01.2019 Received: January, 15, 2019

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.