CC BY
4УДК 619:616.993.192 БОТ 10.56660/77368_2023_6_98
ПОИСК СОЕДИНЕНИЙ С ПРОТИСТОЦИДНОЙ АКТИВНОСТЬЮ В РЯДАХ ПРОИЗВОДНЫХ ПРИРОДНЫХ АЛКАЛОИДОВ
Зубенко Александр Александрович, главный научный сотрудник, д.б.н.,
ОЯСГО: 0000-0001-7943-7667, БРШ-код: 7776-8122, АиШогГО: 180846 Фетисов Леонид Николаевич, ведущий научный сотрудник, к.в.н., ОЯСГО:
0000-0002-2618-1079, БРШ-код: 8809-2266, АиШогГО: 508873 Святогорова Александра Евгеньевна, младший научный сотрудник, к.с.-х.н., ОЯСГО: 0000-0003-4233-1740, БРШ-код: 2369-0027, АиШогГО: 719399 Чекрышева Виктория Владимировна, директор,к.в.н.,доцент, ОЯСГО: 0000-0002-6975-9758, БРШ-код: 5247-5424, АиШогГО: 810594 Авагян Элен Нверовна, лаборант-исследователь, ОЯСГО: 0009-0005-14665972
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт - филиал федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр»
Аннотация. В условиях ТК «Хим. синтеза» Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр» проведены синтез соединений ряда производных алкалоидов котарнина, пальматина, глауцина и пеганина. Синтезы осуществляли с помощью известных методов, описанных в руководствах по органической химии и в литературных источниках. Для всех соединений определяли уровень антипротозойной активности на модели ресничатых простейших вида Colpoda 8(втИ. Было установлено, что среди изученных производных алкалоидов наиболее активными в отношении простейших оказались производные глауцина и пеганина. Синтезированные производные глауцина проявляют протистоцидную активность на высоком уровне (1,9 -15,6 мкг/мл), что превышает показатели препарата сравнения в 4-30 раз. Соединения № 548,
602, 603, 604 обладают высокой сочетанной протистоцидной и антибактериальной активностью.
Производные пеганина в наших исследованиях показали наиболее высокий уровень антипротозойной активности (76,9% соединений были активны в отношении Colpoda steinii) с диапазоном активности от 500 до 1,95 мкг/мл.
Синтезированные производные котарнина и пальматина проявили протистоцидную активность на незначительном уровне (500-125 мкг/мл).
Ключевые слова: производные природных алкалоидов, котарнин, глауцин, пальматин, пеганин, антипротозойные свойства, колподы
SEARCH FOR COMPOUNDS WITH PROTISTOCIDAL ACTIVITY IN THE SERIES OF DERIVATIVES OF NATURAL ALKALOIDS
Zubenko Alexander Alexandrovich, Chief Researcher, Doctor of Biological Sciences, ORCID: 0000-0001-7943-7667, SPIN-code: 7776-8122, AuthorlD:
180846
Fetisov Leonid Nikolaevich, Leading Researcher, Ph.D., ORCID: 0000-00022618-1079, SPIN-code: 8809-2266, AuthorlD: 508873 Svyatogorova Alexandra Evgenievna, junior researcher, PhD, ORCID: 00000003-4233-1740, SPIN-code: 2369-0027, AuthorID: 719399 Chekrysheva Viktoria Vladimirovna, Director, PhD, Associate Professor, ORCID: 0000-0002-6975-9758, SPIN-code: 5247-5424, AuthorID: 810594 Avagyan Elen Nverovna, Research Laboratory Assistant, ORCID: 0009-00051466-5972
«North-Caucasus Zonal Scientific Research Veterinary Institute « -Branch of the Federal State Budget Scientific Institution «Federal Rostov Agricultural Research
Centre»
Annotation. Under the conditions of TC "Khim. synthesis" of the North Caucasian Zonal Research Veterinary Institute - a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Rostov Agrarian Research Center", synthesis of compounds of a number of alkaloid derivatives of kotarnin, palmatin, glaucine and peganine was carried out. The syntheses were carried out using known methods described in manuals on organic chemistry and in the literature.
For all compounds, the level of antiprotozoal activity was determined on the model of ciliated protozoa of the species Colpoda steinii. It was found that among the studied alkaloid derivatives, the derivatives of glaucine and peganine were the most active against protozoa. The synthesized derivatives of glaucine exhibit protistocidal activity at a high level (1.9 -15.6 ^g/ml), which exceeds the reference drug by 4-30 times. Compounds Nos. 548, 602,603,604 have a high combined protistocidal and antibacterial activity.
Peganin derivatives in our studies showed the highest level of antiprotozoal activity (76.9% of the compounds were active against Colpoda steinii) with an activity range from 500 to 1.95 ^g/m.
Synthesized derivatives of cotarnine and palmatin showed protistocidal activity at an insignificant level (500-125 ^g/ml).
Key words: derivatives of natural alkaloids, cotarnine, glaucine, palmatine, peganine, antiprotozoal properties, colpods
Введение. Наши исследования направлены на создание противоинфекционных средств неантибиотической природы, что особенно важно в связи с возрастающей проблемой лекарственной устойчивости микроорганизмов.
Актуальным направлением поиска лекарственных средств является модификация природных соединений, обладающих известной биологической активностью. Алкалоиды и их производные обладают немалым потенциалом трансформации в биологически активные структуры [3, 9].
Значительное число современных лекарственных веществ имеют в своей основе природное происхождение. Среди природных соединений алкалоиды представляют наиболее интересный класс химических веществ.
На территории России и стран СНГ имеется около 500 видов алкалоидоносных растений, относящихся к более чем 30-ти семействам. Общее количество выделенных алкалоидов приближается к 1500. Среди растений, продуцирующих изохинолиновые алкалоиды, можно назвать
Papaver, Corydalis, Fumaria, Glaucinum, Roemeria, Hypecoum; продуцентом пеганина является гармала обыкновенная (лат. Péganum hármala); продуцентами пальматина являются филодендрон амурский (лат. Phellodendron amurense), китайский золототысячник (лат. Coptis Chinensis) и коридалис яньхусуо (Corydalis yanhusuo). Нами синтезированы производные природных алкалоидов изохинолинового ряда: производные котарнина, глауцина, секоглауцина; диизохинолинового ряда: производные пальматина; хиназолинового ряда: производные пеганина. Изучен спектр синтезированных производных алкалоидов и определены уровни их антимикробной активности. Изохинолиновые алкалоиды представляют собой наиболее перспективную группу лекарственных препаратов с широким спектром фармакологического действия. Многие из алкалоидов этой группы являются источниками, вошедших в медицинскую практику, препаратов. Морфин, кодеин, папаверин, апорфиновый алкалоид глауцин, сангвиварин и хелеритрин известны своим противокашлевым эффектом [1, 2]. Изохинолиновый алкалоид котарнин интересен как высокоактивное природное соединение с разнообразной реакционной способностью [2].
В наших исследованиях были синтезированы и изучены на антимикробную активность 4 группы производных котарнона и котарнина.
Цель - поиск соединений с антипротозойной активностью среди производных природных алкалоидов.
Задачи: разработать новые методы синтеза производных алкалоидов. Определить уровни антипротозойной активности синтезированных соединений.
Материалы и методы.
Химическая часть. Синтез соединений осуществляли с использованием как известных методов синтеза органических соединений, описанных в многочисленных руководствах, так и с применением разработанных нами методов [4, 5]. Синтезы производных котарнона и котарнина
В первую группу вошли 15 производных котарнона (285-300) с гидролизованной метоксигруппой и 4-аминометильной группой, ацилированной алифатическими и гетероциклическими кислотами.
„,0 О
Н
Рис.1. Формула производных котарнона (1 группа)
Во вторую группу вошли производные котарнона (315-334, 338-343) , в которых фенольный гидроксил проалкилирован амидами хлоруксусной кислоты.
Рис.2. Формула производных котарнона (2 группа)
В третью группу (396-398) вошли производные 5-бромкотарнона
Вг
Рис.3. Формула производных котарнона (3 группа)
В 4 группу (402-426) вошли производные котарнина с амидированными заместителями уксусной кислоты в положении 1 (24 соединения).
Вг
Рис.4 Формула производных котарнона (4 группа)
Глауцин - изохинолиновый алкалоид, продуцируется растением 01аисшш Аауиш (мачок желтый). В траве этого растения содержится свыше 1% глауцина. Алкалоид глауцин также весьма интересен как природное соединение с разнообразной реакционной способностью и биологической активностью.
Исходя из этих предпосылок, синтезированы соединения глауцина общей формулы (рис.5) и секоглауцина общей формулы (рис.6), в которых заместитель Я представляет собой азотсодержащий гетероцикл и изучена их биологическая активность.
Рис. 5 Формула производных глауцина
Рис. 6 Формула производных секоглауцина
Синтезы новых производных глауцина были осуществлены по разработанным нами методикам, которые опубликованы в научных статьях в высокорейтинговом журнале Mendeleev Communications. [7, 8].
Производные пальматина были синтезированы взаимодействием пальматина с натриевой солью полуэфира малоновой кислоты при нагревании в диметилформамиде (рис.7 и 8).
v O
Рис. 7 Формула производных пальматина (соединение 7)
Рис. 8 Формула производных пальматина (соединение 8)
Синтез соединений ряда пеганина (вазицина) осуществляли с помощью известных методов, описанных в руководствах по органической химии и в
литературных источниках. Так, синтез соединения 1 проводили путём нитрования вазицина 10 азотной кислотой в серной кислоте с выходом 60%.
О
Восстановление нитрогруппы в соединении 9 эффективно протекает при кипячении в этаноле в присутствии гидразина и никеля Ренея в качестве катализатора. Ацилирование по аминогруппе не вызывает затруднений и позволяет получать соединения 10 с высокими выходами (80-90%). Синтез сульфамидов проводили с помощью хлорсульфоновой кислоты при низкой температуре. Хлорпроизводное получается при обработке вазицина хлористым тионилом в диметилформамиде с выходом 70%. Нуклеофильное замещение атома хлора на этилмеркаптогруппу и последующее амидометилирование по Айнхорну приводит к серусодержащим производным пеганина.
Биологическая часть.
Исследование протистоцидной активности проводили по нашей методике [6] на простейших вида Colpoda 8(вти (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
Рис. 9 Формула производных пеганина (соединение 9)
Рис. 10 Формула производных пеганина (соединение 10)
разведение вещества готовили на дистиллированной воде в присутствии ДМСО. Серийные разведения вещества готовили следующим образом:
раствор № 1 - 5 мг вещества вносили при перемешивании в 50 мкл 70% водного раствора ДМСО, а затем добавляли порциями ещё 5 мл дистиллированной воды; учитываемая концентрация - 1000 мкг/мл;
растворы № 2 - № 12 - в лунки № 2 - № 12 автоматической 8-ми канальной пипеткой вносили по 150 мкл воды (смесь кипяченой водопроводной и дистиллированной воды, равные объемы), затем во вторую лунку приливали 150 мкл раствора № 1 и после перемешивания переносили 150 мкл в третью лунку и так далее до конца ряда, из 12-й лунки после перемешивания удаляли 150 мкл, во все лунки с подготовленными разведениями вещества вносили по 30 мкл трехсуточной культуры Cоlpoda 8(етИ. В первую лунку ряда вносили 150 мкл раствора № 1 и 30 мкл взвеси простейших. Взвесь простейших готовили таким образом, чтобы в каждом поле зрения при микроскопировании на малом увеличении насчитывалось 10-15 активных особей. После внесения простейших планшет накрывали крышкой и оставляли при комнатной температуре (20 - 22оС) на 18-20 ч.
Учет результатов проводили следующим образом: автоматической микропипеткой с разовым наконечником после перемешивания набирали из последней лунки ряда 30 мкл содержимого, наносили этот объем на чистое предметное стекло и просматривали под микроскопом на малом увеличении (10^15). Отмечали наличие или отсутствие живых простейших. Просмотр производили справа налево. Первая лунка, где нет ни одной живой особи, считается содержащей минимальную протистоцидную концентрацию изучаемого вещества. В качестве контроля ставили следующие растворы:
- контроль среды (водопроводная кипяченая + дистиллированная вода) - 5 лунок;
- контроль растворителя ДМСО (50 мкл 70% ДМСО + 5 мл дистиллированной воды и далее серийные разведения, как и в случае исследуемых веществ) - 12 лунок;
- препараты сравнения - байкокс (толтразурил), делагил (хлорохин). Результат оценивали по величине минимальной ингибирующей концентрации, выражали в мкг/мл.
Разработанная нами методика в переводе на английский язык опубликована в высокорейтинговом зарубежном журнале Polyhedron. 2018. Т. 144. С. 249-258. DOI: 10.1016/j.poly.2018.01.020.
Результаты проведённых исследований.
Таблица1.
Антипротозойная активность производных алкалоидов
Группа алкалоидов Производные алкалоида Colpoda steinii, мкг/мл
Число активных в-в в группе Пределы активности, мкг/мл
Изохинолиновые Котарнина 1 группа 1/16 6,25 % 500
Котарнина 2 группа 7/25 28% 500-125
Котарнина 3 группа 5/9 55% 500-125
Котарнина 4 группа 11/24 45,8% 500-3,9
Глауцина 8/11 72,7% 500-1,95
Диизохинолиновые Пальматина 5/5 100% 500-250
Хинозолиновые Пеганина 10/13 76,9% 500-1,95
Заключение. Соединения первой группы производных котаринина не обладают значительной антипротозойной активностью в отношении Colpoda 8(втИ. Производные котарнона второй группы обладают антипротозойной (7 соединений) активностью. Уровень активности был в пределах 500 - 125 мкг/мл. Аналогичный уровень активности обнаружен у производных котарнина из трейтьей группы. Производные котарнина четвертой группы обладают более значительным уровнем антипротозойной активности (11 соедиений), с диапазоном активности от 500 до 3,9 мкг/мл.
Синтезированные производные глауцина проявляют протистоцидную активность на высоком уровне (1,9 -15,6 мкг/мл), что превышает показатели препарата сравнения в 4-30 раз. Соединения №№ 548, 602,603,604 обладают высокой сочетанной протистоцидной и антибактериальной активностью.
Синтезированные производные пальматина проявили протистоцидную активность на незначительном уровне.
Производные пеганина в наших исследованиях показали наиболее высокий уровень антипротозойной активности (76,9% соединений были активны в отношении Colpoda steinii) с диапазоном активности от 500 до 1,95 мкг/м. Было выявлено, что природный алкалоид дезоксипеганин обладает активностью в отношении Colpoda steinii в концентрации 31,25 мкг/мл, в два раза превышающей активность толтразурила. Химическая модификация дезоксипеганина путём введения нитрогруппы в бензольное кольцо приводит к 16-кратному возрастанию активности. Восстановление аминогруппы подавляет активность, в то время как ацилирование по аминогруппе усиливает активность до 3,9 мкг/мл, что несколько уступает активности нитропроизводного пеганина, но в 16 раз выше активности толтразурила.
Таким образом, проведенные химические модификации производных алкалоидов: котарнина, глауцина, пальматина и пеганина, могут привести к высокоактивным и ценным для ветеринарной практики антипротозойным препаратам.
Литература
1. Юнусов С.Ю. Алкалоиды. Ташкент, ФАН.-1981.-с.418
2. Юнусов М.С. Биологичесая активность алкалоидов. Мат-лы Первой Международной конференции «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов» (том 1).-Москва, 9-12 октября 2012.-С.203-210
3. Карцев В.Г. Биологическая активность и новые направления в химии изохинолиновых алкалоидов. Мат-лы Первой Международной конференции
«Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов» (том 1).-Москва, 9-12 октября 2012
4. Карцев В.Г., Зубенко А.А. Взаимодействие котарнина с а-галоген-кетонами. Новый способ формирования 3-бензазепинов. «Химия гетероциклических соединений. Современные аспекты.» под.ред.Карцева В.Г., М.,МБФНП,2014, том1, с.217-220
5. Патент РФ 23948242. Производные пиридо [1,2-а]бензимидазола, обладающие антибактериальным действием, и способ их получения / А.А. Зубенко, Л.Н. Фетисов, Л.Д. Попов, И.В. Зубенко [и др.] - № 2008151859/04; заявл. 01.10.2012 .Опубл. 20.07.2010. Бюл. № 20.
6. Фетисов Л.Н., Зубенко А.А., Бодряков А.Н., Бодрякова М.А. Изыскание протистоцидных средств.- Международный паразитологический симпозиум «Современные проблемы общей и частной паразитологии» 15-16 сентября 2012 года опубл. в ж. Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии, 4/1,2012.-С.70-72
7. Synthesis of phenanthro[1,2-d]azepine derivatives containing a new heterocyclic system from the aporphine alkaloid glaucine / Zubenko A.A., Morkovnik A.S., Divaeva L.N., Kartsev V.G., Suponitsky K.Y., Klimenko A.I. // Mendeleev Communications. 2018. Т. 28. № 3. С. 320-322.
8. Recyclization of glaucine as a new route to litebamine derivatives / Alexander A.Zubenko, Anatolii S.Morkovnik, Ludmila N.Divaeva, Viktor G.Kartsev, Ludmila G.Kuzmina, Gennadii S.Borodkin, Alexander I.Klimenko // Mendeleev Communications, Volume 28, Issue 1, January-February 2018, Pages 58-60.
9. Карцев В.Г., Зубенко А.А., Диваева Л.Н., Морковник А.С., Барышникова Т.К., Ширинян В.З. Новые структурные модификации производных алкалоида котарнина котарнона и дигидрокотарнина / Журнал общей химии. 2020. Т. 90. № 2. С. 261-267).
References
1. Yunusov S.Yu. Alkaloids. Tashkent, FAN.-1981.-P.418
2. Yunusov M.S. Biological activity of alkaloids. Materials of the First International Conference "Chemistry and biological activity of nitrogenous heterocycles and alkaloids" (vol. 1). - Moscow, October 9-12, 2012. - P. 203-210
3. Kartsev V.G. Biological activity and new trends in the chemistry of isoquinoline alkaloids. Materials of the First International Conference "Chemistry and Biological Activity of Nitrogenous Heterocycles and Alkaloids" (Volume 1). -Moscow, October 9-12, 2012
4. Kartsev V.G., Zubenko A.A. Interaction of kotarnin with a-halo-ketones. A new method for the formation of 3-benzazepines. «Chemistry of heterocyclic compounds. Modern Aspects. under the editorship of Kartsev V.G., M., MBFNP, 2014, volume 1, p.217-220
5. Patent RF 23948242. Derivatives of pyrido[1,2-a]benzimidazole with antibacterial action and a method for their preparation / A.A. Zubenko, L.N. Fetisov, L.D. Popov, I.V. Zubenko [and others] - No. 2008151859/04; dec. 10/01/2012. Published. 07/20/2010. Bull. No. 20.
6. Fetisov L.N., Zubenko A.A., Bodryakov A.N., Bodryakova M.A. Search for protistocidal agents. - International parasitological symposium "Modern problems of general and particular parasitology" September 15-16, 2012 publ. in the Issues of legal regulation in veterinary medicine, 4/1, 2012.-p.70-72
7. Kartsev V.G., Zubenko A.A., Divaeva L.N., Morkovnik A.S., Baryshnikova T.K., Shirinyan V.Z. New structural modifications of kotarnine alkaloid derivatives kotarnone and dihydrocotarnine / Journal of General Chemistry. 2020. V. 90. No. 2. S. 261-267).
