CC BY
1УДК 619:616.993. 192
ПОИСК БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В РЯДУ 3-БЕНЗАЗЕПИНОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ПРОТИСТОЦИДНОЙ, АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ И ФУНГИСТАТИЧЕСКОЙ
АКТИВНОСТЬЮ
А.А. Зубенко - главный научный сотрудник, д.б.н., ОЯСГО: 0000-0001-79437667, БРШ-код: 7776-8122, АиШогГО: 180846 Л.Н. Фетисов - ведущий научный сотрудник, к.в.н., ОЯСГО: 0000-00022618-1079, БРГЫ-код: 8809-2266, АиШогГО: 508873 А.Е. Святогорова - младший научный сотрудник, к.с.-х.н., ОЯСГО: 00000003-4233-1740, БРШ-код: 2369-0027, АиШогГО: 719399 Э.Н. Авагян - лаборант-исследователь, ОЯСГО: 0009-0005-1466-5972
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт - филиал федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»
Аннотация. Целью настоящей работы является синтез и изучение антипротозойной, фунгистатической и антибактериальной активности новых производных бенз-3-азепинов. Исходным структурным материалом являлся алкалоид котарнин.
Лабораторными исследованиями установлено, что большинство синтезированных соединений практически не обладают антипротозойной активностью, однако производное, содержащее 3,4-диметоксибензоильный фрагмент неожиданно активно в весьма низких концентрациях, не уступая препарату сравнения- толтразурилу.
При этом два соединения, которые также содержат бензоильный фрагмент с метоксигруппами, активностью не обладают. Представленные в работе соединения не обнаружили заметной фунгистатической активности. Что касается антибактериальной активности, то большинство из них хотя и уступают антибиотику ряда фторхинолонов II поколения- ципрофлоксацину, тем не менее в ряде случаев приближаются по активности к нитрофурановому препарату - фуразолидону (структуры 4-10) и даже не уступают ему (структура 3). При этом следует отметить, что необходимым условием является наличие
электронодонорных заместителей в бензоильном фрагменте, так как электроноакцепторные заместители в названном фрагменте антибактериальную активность нивелируют (соединения 1 и 2).
Ключевые слова: синтез, производные ряда 3-бензазепинов, антибактериальная, фунгистатическая и протистоцидная активность, реснитчатые простейшие, грамнегативные и грампозитивные бактерии.
SEARCH FOR BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES IN THE RANGE OF 3-BENZAZEPINES WITH PROTISTOCIDAL, ANTIBACTERIAL AND
FUNGISTATIC ACTIVITY
A.A. Zubenko - Chief Researcher, Doctor of Biological Sciences, ORCID: 00000001-7943-7667, SPIN-code: 7776-8122, AuthorlD: 180846 L.N. Fetisov - Leading Researcher, Ph.D.,ORCID: 0000-0002-2618-1079, SPINcode: 8809-2266, AuthorID: 508873 A.E. Svyatogorova - junior researcher, PhD, ORCID: 0000-0003-4233-1740, SPIN-code: 2369-0027, AuthorID: 719399 E. N. Avagyan - Research Laboratory Assistant, ORCID: 0009-0005-1466-5972,
SPIN: 2369-0027, AuthorID: 719399 North-Caucasus Zonal Scientific Research Veterinary Institute «-Branch of the Federal State Budget Scientific Institution «Federal Rostov Agricultural Research
Centre»
Annotation. The aim of this work is to synthesize and study the antiprotozoal, fungistatic and antibacterial activity of new benz-3-azepine derivatives. The initial structural material was the alkaloid cotarnine.
Laboratory studies have established that most of the synthesized compounds have practically no antiprotozoal activity, however, a derivative containing a 3,4-dimethoxybenzoyl fragment is unexpectedly active in very low concentrations, not inferior to the comparison drug toltrazuril.
At the same time, two compounds that also contain a benzoyl fragment with methoxy groups do not have activity. The compounds presented in the work did not show any noticeable fungistatic activity. As for the antibacterial activity, most of them, although inferior to the antibiotic of a number of fluoroquinolones of the second generation - ciprofloxacin, nevertheless in some cases approach the activity
of the nitrofuran drug - furazolidone (structures 4-10) and are not even inferior to it (structure 3). It should be noted that a necessary condition is the presence of electron-donating substituents in the benzoyl fragment, since electron-acceptor substituents in the named fragment level the antibacterial activity (compounds 1 and 2).
Keywords: synthesis, derivatives of a number of 3-benzazepines, antibacterial, fungistatic andprotistocidal activity, ciliatedprotozoa, gram-negative and gram-positive bacteria.
Введение. В нашей работе представлены производные 3-бензазепинов общей формулы, представленной на рисунке 1.
Исследования последних двадцати лет существенно расширили представления по синтезу и фармакологии бензазепинов.
Разработана новая и эффективная стратегия синтеза ряда интересных в структурном отношении производных бензазепина посредством региоселективной внутримолекулярной радикальной циклизации. Эта методика отличается хорошей региоселективностью, обеспечивая синтез без применения переходных металлов и окислителей в мягких условиях реакции
Представлен высокоэффективный N Р-лигированный иридиевый комплекс для простого получения хиральных тетрагидро-3-бензазепиновых систем каталитическим асимметричным гидрированием. Субстраты, содержащие как 1-арильные, так и 1-алкильные заместители, плавно превращались в соответствующий гидрированный продукт с превосходной её энантиоселективностью (91-99%) и с высоким выходом (92-99%). Синтетическая ценность этого превращения была продемонстрирована
R
1
Рис. 1. Производные 3-бензазепинов
[14].
гидрированием в граммовом масштабе и применением в синтезах трепипама и фенолдопама. Среди них несколько 1-замещенных тетрагидро-3-бензазепинов были протестированы в качестве лекарственных средств при различных заболеваниях. Например, фенолдопам проявляет способность снижать кровяное давление, соединение под шифром SCH-23390 является отличным антагонистом D1 рецепторов, а лоркасерин действует как средство против ожирения [6].
Хотя классические методы синтеза этих циклических соединений, безусловно, важны и эффективны, однако они часто многоступенчаты и дают много отходов. Напротив, циклоприсоединения, основанные на катализируемой переходными металлами активации связей С-Н стали привлекательными стратегиями [4].
Сообщалось, что многочисленные производные 1 -бензазепина проявляют разнообразную биологическую активность, особенно в отношении центральной нервной системы [12].
Описан высокостереоселективный синтез хирального пула тетрагидро-3- бензазепинов в качестве потенциальных молекул лекарств с использованием простых энантиочистых аминокислот в качестве хиральных строительных блоков. Внутримолекулярное алкилирование по Фриделю-Крафтсу с образованием семичленных колец впервые было достигнуто с высокой диастереоселективностью с помощью биосовместимого кальциевого катализатора. Простой и экономичный подход позволяет варьировать все заместители в 3-бензазепине путем изменения схемы замещения в одном или нескольких реагентах, оставляя неизменным общий путь синтеза. Кроме того, определение абсолютной конфигурации производного 3-бензазепина является простым на основе используемого аминокислотного строительного блока [8].
Была описана новая, удобная процедура для конструирования фторсодержащих бензазепинов. Применимость разработанного синтетического метода была продемонстрирована синтезом 13 бензазепиновых соединений, выделенных с общим выходом 22-35% [11].
Подобные подходы представлены и в другой работе [5].
Отмечено, что местное применение ряда бензазепинов способствовало заживлению ран у мышей путем облегчения миграции эпителиальных клеток [10].
Ряд тетрагидро-3-бензазепинов нашли применение в разработке лекарств. Было обнаружено, что уникальная структура 3-бензазепина также широко распространена среди алкалоидов бензинденоазепина и роэдина [13].
В наших работах также были представлены исследования по синтезу и изучению биологической активности бенз-3-азепинов [8, 10], а также других гетероциклов [1, 2, 3].
Цель: синтез и изучение антипротозойной, фунгистатической и антибактериальной активности новых производных бенз-3-азепинов.
Задачи: определить уровень антибактериальной, антипротозойной и фунгистатической активности синтезированных соединений.
Материалы и методы.
Антибактериальную активность определяли диско-диффузионным методом. Для исследований использовали мясопептонный агар, который заливали в чашки Петри по 25 мл в каждую. Чашки подсушивали в течение 1020 минут. На поверхность чашек Петри с питательной средой наносили микропипеткой 1-2 мл взвеси стандартных штаммов Staphylococcus aureus (штамм ВКМ V-128) или Escherichia coli (штамм ВКМ V-820) густотой 5 единиц оптического бактериального стандарта мутности. Распределяли взвесь равномерно по поверхности среды, избыток удаляли. Чашки подсушивали 2030 минут. Размечали на сектора (3-6). В сектора размещали по 1 диску из картона фильтровального НД-ПМП-1 ГОСТ 6722-75 (Пр-во ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, Отдел новых технологий, Санкт-Петербург). На диск наносили микропипеткой 15 микролитров суспензии испытуемого соединения на дистиллированной воде концентрацией 1000 мкг/мл, что составляет 15 мкг препарата на каждый диск. Подготовленные чашки помещали в термостат при 37°С на 24 часа. Препараты
сравнения - фуразолидон и ципрофлоксацин. Оценивали величину зоны задержки роста бактериальной культуры вокруг диска в мм [5].
Методика в модификации СКЗНИВИ описана в высокорейтинговом зарубежном журнале Polyhedron. 2018. Т. 144. С. 249-258. DOI: 10.1016/j.poly.2018.01.020; Polyhedron. 2018. Т. 154. С. 65-76. DOI: 10.1016/j.poly.2018.07.034.
Исследование протистоцидной активности проводили по методике [1 4] на простейших вида Colpoda steinii (полевой изолят, коллекция лаборатории паразитологии ФГБНУ СКЗНИВИ). Работу выполняли в микропланшетах для постановки ИФА. В качестве среды для переживания простейших использовали смесь кипяченой водопроводной воды и стерильной дистиллированной воды в равных объемах. Первоначальное разведение вещества готовили на дистиллированной воде в присутствии ДМСО. Препарат сравнения - толтразурил [10]. Результат оценивали по величине минимальной ингибирующей концентрации в мкг/мл. Разработанная нами методика в переводе на английский язык опубликована в высокорейтинговом зарубежном журнале Polyhedron. 2018. Т.144. C. 249-258. DOI: 10.1016/ j.poly.2018.01.020.
Методика в модификации СКЗНИВИ на английском языке описана в ж. Polyhedron. 2018. Т. 154. С. 65-76. DOI: 10.1016/j.poly.2018.07.034.
Исследование фунгистатической активности проводили по оптимизированной методике методом диффузии в агар на культуре грибов рода Penicillium вида Penicillium italicum Wehmer (1894), референтный штамм ВКМ F-1279 в соответствии с «Руководством по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ под общ. ред. Р.У.Хабриева. М.,2005.- С.582-585. На застывшую питательную среду Сабуро (либо сусло-агар) наносили 1 мл взвеси культуры испытуемого гриба (густотой 5 единиц оптического бактериального стандарта мутности). Распределяли взвесь равномерно по поверхности среды, избыток удаляли. Чашки подсушивали 20-30 минут. Размечали сектора (3-6). В сектора размещали по 1 диску из картона фильтровального НД-ПМП-1 ГОСТ 6722-75
(Пр-во ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера, Отдел новых технологий). На диск наносили 15 мкл суспензии испытуемого соединения на дистиллированной воде из расчёта 15 мкг препарата на каждый диск. Подготовленные чашки помещали в термостат при 26о С на 72 часа. Рост культуры контролировали каждые сутки. Учет результатов через 72 часа.
Таблица 1. Биологическая активность производных ряда 3-бензазепинов
Препараты сравнения - фундазол. Активность оценивали по величине зоны задержки роста культуры гриба вокруг диска, в мм.
Результаты проведённых исследований
В таблице 1 представлены результаты определения биологической активности производных ряда 3-бензазепинов.
Заключение. Из данных таблицы 1 видно, что большинство соединений практически не обладают антипротозойной активностью, однако производное 4, содержащее3,4-диметоксибензоильный фрагмент неожиданно активно в весьма низких концентрациях, не уступая толтразурилу.
При этом соединения 3 и 9, которые также содержат бензоильный фрагмент с метоксигруппами, активностью не обладают. Представленные в таблице 1 соединения не обнаружили заметной фунгистатической активности. Что касается антибактериальной активности, то большинство из них хотя и уступают ципрофлоксацину, тем не менее в ряде случаев приближаются по активности к фуразолидону (структуры 4-10) и даже не уступают ему (структура 3). При этом необходимо отметить, что необходимым условием является наличие электронодонорных заместителей в бензоильном фрагменте, так как электроноакцепторные заместители в названном фрагменте антибактериальную активность нивелируют (соединения 1 и 2). Отмечено также, что грамположительные бактерии(St.aureus) более чувствительны к большинству изученных соединений.
Литература.
1. Зубенко А.А., Диваева Л.Н., Фетисов Л.Н., Святогорова А.Е., Кононенко К.Н., Урбан Г.А., Чекрышева В.В., Клименко А.И. ПОИСК ФУНГИСТАТИКОВ В РЯДУ ИМИДАЗОЛА Ветеринария и кормление. 2022. № 5. С. 14-16. DOI: 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-5-41.
2. Клименко А.И., Зубенко А.А., Фетисов Л.Н., Кононенко К.Н., Святогорова А.Е. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ДИТИОКИСЛОТ И
ТИОАМИДОВ РЯДА БЕНЗИМИДАЗОЛА Ветеринария и кормление. 2022. №№ 2. С. 4-6. DOI: 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-2-1
3. Поиск биологически активных соединений в ряду производных индазола / А. А. Зубенко, Л. Н. Фетисов, К. Н. Кононенко [и др.] // Ветеринария и кормление. - 2022. - № 3. - С. 35-38. - DOI 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-3-10. - EDN LWKPGY.
4. Álvaro Velasco-Rubio 1, Jesús A. Varela 1, Carlos Saá IRecent Advances inTransition-Metal-Catalyzed Oxidative Annulations to Benzazepines and Benzodiazepines Volume 362, Issue 22, November 2020, Pages 4861-4875https://doi.org/10.1002/adsc.202000808
5. Andrea Gini , Julia Bamberger , Javier Luis-Barrera , Mercedes Zurro , Rubén Mas -Ballesté , José Alemán , Olga García Mancheño Synthesis of 3-Benzazepines by Metal-Free Oxidative C-H Bond Functionalization-Ring Expansion Tandem Reaction Advanced Synthesis and Catalysis Volume 358, Issue 24, December 2016, Pages 4049-4056 https://doi.org/10.1002/adsc.201600985
6. Bram B.C. Peters , Pher G. Andersson , Somsak Ruchirawat , Winai Ieawsuwan Synthesis of Chiral Tetrahydro-3-benzazepine Motifs by Iridium-CatalyzedAsymmetric Hydrogenation of Cyclic Ene-carbamatesVolume 24, Issue 10, 18 March 2022, Pages 1969-1973 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.2c00362
7. Divaeva L.N., Morkovnik A.S., Zubenko A.A., Drobin Y.D., Serbinovskaya N.M., Fetisov L.N., Bodryakov A.N., Bodryakova M.A., Lyashenko L.A., Kartsev V.G., Klimenko A.I. RECYCLIZATION OF 9-BROMOCOTARNINE UNDER THE ACTION OF HALOACYLHETARENES. SYNTHESIS AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE 4-HETEROAROYL-9-BROMO-1, 2-DIHYDRO-6-METHOXY-7, 8-METHYLENEDIOXY-3 -BENZAZEPINES DOI: 10.1134/S1068162017040173
8. Helena Damsen 1, Meike Niggemann Calcium-Catalyzed Synthesis of 1,2-Disubstituted 3-Benzazepines European Journal of Organic Chemistry Volume 2015, Issue 36, December 2015, Pages 7880-7883 https://doi.org/10.1002/ejoc.201501106
9. Ivanna Y. Danilyuk, Ruslan I. Vaskevich, Alla I. Vaskevich, Mikhail V. Vovk HYDROGENATED BENZAZEPINES: RECENT ADVANCES IN THE SYNTHESIS AND STUDY OF BIOLOGICAL ACTIVITY Chemistry of heterocyclic compounds Vol. 55, No. 9 (2019) 802-814
10. Kenji Matsuura, Tomohiro Kuratani, Toshikazu Gondo, Akio Kamimura, Makot o Inui Promotion of skin epithelial cell migration and wound healing by a 2 benzazepine derivative European Journal of Pharmacology Volume 563, Issues 13, 1 June 2007, Pages 83-87 https://doi.org/10.10167j.ejphar.2007.02.014
11. Lamiaa Ouchakour, Melinda Nonn, Matthias D'hooghe, Lorand Kiss a A de novo synthetic method to the access of N-substituted benzazepines Journal of Fluorine Chemistry Volume 232, April 2020, 109466 https://doi.org/10.1016/i.ifluchem.2020.109466
12. Medicinal Chemistry of 1-Benzazepines Katsuhiko Hino Ph.D., Jun-Ichi Matsumoto Ph.D. Volume 27, 1990, Pages 123-141 https://doi.org/10.1016/S0079-6468(08)70290-X
13. Meng-Yang Chang, Chieh-Kai Chan, Shin-Ying Lin, Ru-Ting Hsu Synthesis of tetrahydro-3-benzazepines Tetrahedron Volume 68, Issue 50, 16 December 2012, Pages 10272-10279 https://doi.org/10.1016/i.tet.2012.10.017
14. Nengneng Zhou, Fangli Zhao, Lei Wang, Xiang Gao, Xiaowei Zhao, ManZhang NHC-Catalyzed Regioselective Intramolecular Radical Cyclization Reaction for the Synthesis of Benzazepine Derivatives2023 Aug 18; 25(32):6072-6076 doi: 10.1021/acs.orglett.3c02323
References
1. Zubenko A.A., Divaeva L.N., Fetisov L.N., Svyatogorova A.E., Kononenko K.N., Urban G.A., Chekrysheva V.V., Klimenko A.I. SEARCH FOR FUNGISTATICS IN THE IMIDAZOLE RANGE Veterinary medicine and feeding. 2022. No. 5. pp. 14-16. DOI: 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-5-41.
2. Klimenko A.I., Zubenko A.A., Fetisov L.N., Kononenko K.N., Svyatogorova A.E. BIOLOGICAL ACTIVITY OF DITHIOACIDS AND
THIOAMIDES OF BENZIMIDAZOLE SERIES Veterinary medicine and feeding. 2022. No. 2. PP. 4-6. DOI: 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-2-1
3. Search for biologically active compounds in a number of indazole derivatives / A. A. Zubenko, L. N. Fetisov, K. N. Kononenko [et al.] // Veterinary medicine and feeding. - 2022. - No. 3. - PP. 35-38. - DOI 10.30917/ATT-VK-1814-9588-2022-3-10. - EDN LWKPGY.
5. Andrea Gini , Julia Bamberger , Javier Luis-Barrera , Mercedes Zurro , Rubén Mas -Ballesté , José Alemán , Olga García Mancheño Synthesis of 3-Benzazepines by Metal-Free Oxidative C-H Bond Functionalization-Ring Expansion Tandem Reaction Advanced Synthesis and Catalysis Volume 358, Issue 24, December 2016, Pages 4049-4056 https://doi.org/10.1002/adsc.201600985
6. Bram B.C. Peters , Pher G. Andersson , Somsak Ruchirawat , Winai Ieawsuwan Synthesis of Chiral Tetrahydro-3-benzazepine Motifs by Iridium-CatalyzedAsymmetric Hydrogenation of Cyclic Ene-carbamatesVolume 24, Issue 10, 18 March 2022, Pages 1969-1973 https://doi.org/10.1021/acs.orglett.2c00362
7. Divaeva L.N., Morkovnik A.S., Zubenko A.A., Drobin Y.D., Serbinovskaya N.M., Fetisov L.N., Bodryakov A.N., Bodryakova M.A., Lyashenko L.A., Kartsev V.G., Klimenko A.I. RECYCLIZATION OF 9-BROMOCOTARNINE UNDER THE ACTION OF HALOACYLHETARENES. SYNTHESIS AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE 4-HETEROAROYL-9-BROMO-1, 2-DIHYDRO-6-METHOXY-7, 8-METHYLENEDIOXY-3 -BENZAZEPINES DOI: 10.1134/S1068162017040173
8. Helena Damsen 1, Meike Niggemann Calcium-Catalyzed Synthesis of 1,2-
Disubstituted 3-Benzazepines European Journal of Organic Chemistry
Volume 2015, Issue 36, December 2015, Pages 7880-7883 https://doi.org/10.1002/ejoc.201501106
9. Ivanna Y. Danilyuk, Ruslan I. Vaskevich, Alla I. Vaskevich, Mikhail V. Vovk HYDROGENATED BENZAZEPINES: RECENT ADVANCES IN THE SYNTHESIS AND STUDY OF BIOLOGICAL ACTIVITY Chemistry of heterocyclic compounds Vol. 55, No. 9 (2019) 802-814
10. Kenji Matsuura, Tomohiro Kuratani, Toshikazu Gondo, Akio Kamimura, Makot o Inui Promotion of skin epithelial cell migration and wound healing by a 2
benzazepine derivative European Journal of Pharmacology Volume 563, Issues 1-3, 1 June 2007, Pages 83-87 https://doi.org/10.10167j.ejphar.2007.02.014
11. Lamiaa Ouchakour, Melinda Nonn, Matthias D'hooghe, Lorand Kiss a A de novo synthetic method to the access of N-substituted benzazepines Journal of Fluorine Chemistry Volume 232, April 2020, 109466 https://doi.org/10.10167j.jfluchem.2020.109466
12. Medicinal Chemistry of 1-Benzazepines Katsuhiko Hino Ph.D., Jun-Ichi Matsumoto Ph.D. Volume 27, 1990, Pages 123-141 https://doi.org/10.1016/S0079-6468(08)70290-X
13. Meng-Yang Chang, Chieh-Kai Chan, Shin-Ying Lin, Ru-Ting Hsu Synthesis of tetrahydro-3-benzazepines Tetrahedron Volume 68, Issue 50, 16 December 2012, Pages 10272-10279 https://doi.org/10.1016/j.tet.2012.10.017
14. Nengneng Zhou, Fangli Zhao, Lei Wang, Xiang Gao, Xiaowei Zhao, ManZhang NHC-Catalyzed Regioselective Intramolecular Radical Cyclization Reaction for the Synthesis of Benzazepine Derivatives2023 Aug 18; 25(32):6072-
6076 doi: 10.1021/acs.orglett.3c02323
