Синтез ацетамидных производных пиримидина и прогноз их биологической активности Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 2. С. 360-366.

УДК 547.793.4

СИНТЕЗ АЦЕТАМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРИМИДИНА И ПРОГНОЗ ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Кривовяз А.А., Лендел В.Г.

Ужгородский национальный университет, Ужгород, Украина E-mail: [email protected]

На основании усовершенствованного метода получены ацетамидные производные пиримидина. Проведена дальнейшая функционализация исходных пиримидиновых систем с целью синтеза производных 1,3,4-оксадиазола. Конечные продукты подвергнуты компьютерному прогнозированию спектров биологической активности, проверены на соответствие критериям Липински и токсичность. Определены соединения-лидеры.

Ключевые слова: ацетамидные производные пиримидина, 1,3,4-оксадиазол, биологический скрининг, соответствие критериям Липински.

ВВЕДЕНИЕ

Последнее время наблюдается большой интерес к производным пиримидина с разными гетероциклическими заместителями как соединениям с широкой биологической активностью [1, 2]. Присутствие в их составе ацетамидного фрагмента позволяет сделать предположение о потенциальной активности полученых продуктов по отношению к различным микроорганизмам. Поиск и разработка простых в исполнении методов синтеза таких производных является актуальной задачей еще и по той причине, что пиримидиновый гетероцикл очень распространен в органической природе и играет исключительно важную роль.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исходные замещенные пиримидина 1-3 были получены разными способами. Так, соединение 1 синтезировано из тиомочевины, этилата калия и этилового эфира циануксусной кислоты [3].

Схема 1

S

+ C,H,OK о II

+ Г-ч

N=C oc2H5 H2N NH

-H3c^l_/iO

I - C2H;

C H OH

о

+ C2H5OK |-C2H5OH

HC '

Ii NH

1 A

H2N N SK

2 1

£

о CH3

о

N

Л,

NH

N SK 2

AJZ

H3C N .J SK

+ CHOK

2 5

-C.H.OH

2 5

+

H3C

H3C

Калиевая соль 2-меркапто-4,6-диметилпиримидина 2 образуется при действии на тиомочевину ацетилацетоном в среде этилата калия [4], а в результате конденсации тиомочевины с ацетоуксусным эфиром [5] выделено соединение 3 (схема 1). Эти продукты 1-3 послужат модельными для дальнейшей функционализации. Калиевая соль пиримидина 1 была подвергнута алкилированию синтонами 4а-к. Из спиртового раствора выделены продукты 5а-к (схема 2). Следует заметить, что в таких синтезах мы использовали усовершенствованную нами методику получения ацетамидных производных [6].

Схема 2

N4 +

вк

(а),

С1

О

N4—Я

4а-

5а

О

N4—Я к

я = -о

Н3СООС

-о

СООСН3 (Ь)

(С),

/=ч О - О

(е)

____СН

лэ О) ЛХсО

СООС2Н5 (к).

Функционализация исходных пиримидинов 2-3 проводилась по двум направлениям. Сначала была предпринята попытка провести удлинение углеродного скелета с дальнейшим синтезом на его основе новой гетероциклической системы 8-9, а по другому направлению был осуществлен направленный синтез соединений 12-13а-с, содержащие в своем составе фармакофорные фрагменты. Так, при действии на исходные калиевые соли 2-3 хлоруксусной кислотой, получены гетероциклические кислоты 6-7. Проведя ряд последующих превращений (получение хлорангидрида, этерификация, образование гидразида и его реакция с сероуглеродом) мы выделили новые производные 1,2,3-оксадиазола 8-9 (схема 3).

Схема 3

Я—вк — 2-3

X

Я—в—Я2 12-13а-с

Я.

6-7

О

ОН

1) вОС12

2) Н2^МН2

3)Св2,КОН

- вО2

- НС1

Я

8-9

X

вк

Я

'.А

10 -11а -с

Я =

НС

I N

^ 2, 6 ,8 ,1 0,12 )

V N

ДчН(3 , 7 , 9, 11, 13). Я1=СН3(а)^ОМе(Ь),'

Я2

NH-NH2

(Ь),

\=/ О

(С). X = С1, Вг.

ОМе

Далее было проведено их алкилирование в спиртовой среде. В результате выделены продукты 10-11а-с. Получение продукта 10с позволяет в будущем расширить границы наших исследований, поскольку появляется возможность изучать действие электрофилов (Вг2, 12, веВг4, РЬвеВг3) на кратную связь аллильного фрагмента.

О

О

H2N

H2N

ОН

в

в

в

СН

О

О

Структуры всех полученных соединений были подвергнуты компьютерной обработке по выявлению возможной биологической активности и соответствию критериям Липински (лекарствоподобности).

Экспериментальная часть. Спектры ЯМР :Н получены на приборе "Varían VXR-300" (300 МГц) в ДМСО-а6 с внутренним стандартом ТМС.

Протонные спектры соединений 5a, 5d и 5k представлены в работе [6].

Калиевая соль 4-метил-2-тио-1,6-дигидро-6-пиримидинона 3. 0,60 моль металлического калия растворяют в 30 мл безводного этанола. После этого, в реакционную колбу прибавляют 0,50 моль растертой тиомочевины и приливают 0,50 моль ацетоуксусного эфира. Реакционную смесь кипятят 2 ч. После охлаждения в колбу добавляют 30 мл соляной кислоты. Белый осадок основания 3 отфильтровывают и снова растворяют в насыщенном растворе 0,50 моль гидроксида калия в воде. Кристаллы калиевой соли 3 отфильтровывают, промывают этанолом и сушат на воздухе. Спектр ЯМР !Н (DMSO-d6): 2,07 с (3H, CH3); 5,68 с (1H, CH); 12,27 уш. c (1H, NH). Выход - 89 %. Найдено (%): N 19,66. C5H5N2OSK. Вычислено (%): N 19,70.

Общая методика получения продуктов 5a-k и 12-13а-с. В реакционной колбе, нагревают 0,50 моль калиевой соли 1 с 0,50 моль синтона 4b или алкилирующего реагента, образованного из соответствующего ароматического амина и эквимолярного количества хлорацетилхлорида в 25 мл этанола. Реакционную смесь нагревают (60-80 С) в течение 1 ч. После охлаждения выпавшие кристаллы 5a-k или 12-13а-с отфильтровывают, промывают водой, этанолом и сушат на воздухе.

(4-Амино-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидинметилкарбоксамидо)метил бензоат 5b. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 3,85 с (3H, CH3); 4,39 д (2H, SCH2); 4,96 c (1H, CH); 6,60 д (2H, NH2); 7,61 д (2H, 2CH); 7,91 д (2H, 2CH); 11,58 м (1H, NH). Выход - 85 %. Найдено (%): N 16,72. Сl4H14N4O4S. Вычислено (%): N 16,76.

N1--Циклогексил-2-(4-амино-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидин)ацетамид 5с. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 1,18 м (4H, 2CH2); 1,68 м (4H, 2CH2); 3,49 м (2H, CH2); 3,71 д (2H, CH2); 4,97 с (1H, NH); 6,52 c (2H, NH2); 7,94 д (1H, CH); 11,65 м (1H, NH). Выход - 71 %. Найдено (%): N 19,80. Сl2H18N4O2S. Вычислено (%): N 19,84.

М-[4-(1,3-Тиазол-2-сульфамидо)фенил]-2-(4-амино-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидин)ацетамид 5е. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 4,00 д (2H, NH2); 5,04 c (1H, NH); 6,54 д (2H, CH2); 6,83 д (1H, СH); 7,26 д (1H, СИ); 7,76 м (4H, 4CHph); 10,50 c (1H, NH). Выход - 68%. Найдено (%): N 19,06. Q5H14N6O4S3. Вычислено (%): N 19,17.

(4-Амино-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидин)-4,5,6,7-тетрагидробензо[6] тиофен-3-этилкарбоксилат 5f. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 1,27 т (3H, OC2H5); 1,72 м (4H, 2СH2); 2,60 д (4H, 2CH2); 4,08 д (2H, NH2); 4,28 м (2H, OC2H5); 5,07 м (1H, NH); 6,51 м (1H, СH); 11,61 м (1H, NH). Выход - 61 %. Найдено (%): N 13,68. Q7H20N4O4S2. Вычислено (%): N 13,72.

(4,6-Диметил-2-тиопиримидинметилкарбоксамидо)этилбензоат 12а. Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6): 1,31 т (3H, OC2H5); 2,32 c (6Н, 2CH3); 4,07 д (2H, SCH2); 4,30 м (2H, OC2H5); 6,96 с (1H, ШрЬ); 7,73 д (2H, 2СНрЬ); 7,92 д (2H, 2СH); 10,58 с (1Н, NH). Выход - 79%. Найдено (%): N 12,08. Сl7H19NзOзS. Вычислено (%): N 12,17.

Гидразид (4,6-диметил-2-тиопиримидин)уксусной кислоты 12Ь. Спектр ЯМР 'Н (БМ80-аб); 2,35 2с (6Н, 2СНз); 3,79 с (2Н, 8СИ2); 4,34 м (2Н, NH2); 6,97 с (1Н, СН); 9,23 с (1Н, NH). Выход - 73%. Найдено (%): N 26,37. С8Hl2N40S. Вычислено (%): N 26,39.

Гидразид (4-метил-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидин)уксусной кислоты 13Ь. Спектр ЯМР 1Н (DMS0-d6): 2,65 с (3Н, СН3); 3,37 д (2Н, СН2); 4,74 м (1Н, NH); 5,39 с (1Н, СН); 9,12 м (2Н, NН2); 14,20 м (1Н, NH). Выход - 71%. Найдено (%): N 12,05. Сl6H17Nз04S. Вычислено (%): N 12,10.

[3-(4,6-Диметил-2-тиопиримидин)пропилкарбоксамидо]метилбензоат 12с. Спектр ЯМР 1Н (DMS0-d6): 1,30 т (3Н, ОСН3); 2,06 т (2Н, СН2); 2,55 д (3Н, СН3); 3,71 т (2Н, СН2); 4,29 м (2Н, СН2); 6,52 д (1Н, СН); 7,77 д (2Н, 2СНрЬ); 7,91 д (2Н, 2СНрЬ); 10,41 м (1Н, МН). Выход - 71%. Найдено (%): N 11,64. Сl8H2lNз0зS. Вычислено (%): N 11,69.

(4-Метил-6-оксо-1,6-дигидро-2-тиопиримидинметилкарбоксамидо)этил бензоат 13а. Спектр ЯМР 1Н (DMS0-d6): 1,31 т (3Н, ОС2Н5); 2,11 с (3Н, СН3); 4,11 с (2Н, СН2); 4,30 м (2Н, СН2); 6,01 м (1Н, СН); 7,72 д (2Н, 2СНрЬ); 7,93 д (2Н, 2СНрЬ); 10,61 с (1Н, NH); 12,56 м (1Н, NH). Выход - 71%. Найдено (%): N 12,05. Сl6H17Nз04S. Вычислено (%): N 12,10.

2-(4,6-Диметил-2-тиопиримидин)уксусная кислота 6. Нагревают 0,50 моль калиевой соли пиримидина 2 с раствором 0,50 моль хлоруксусной кислоты в 20 мл этанола в течение 60 мин. Выпавший осадок продукта 4 отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и этанолом, сушат на воздухе. Спектр ЯМР Н (DMS0-d6): 2,34 с (6Н, 2СНз); 3,91 д (2Н, SCH2); 6,97 с (1Н, СН); 12,60 м (1Н, ОН). Выход - 85%. Найдено (%): N 21,00. С7H9Nз02S. Вычислено (%): N 21,09.

5-(4,6-Диметил-2-тиопиримидинметил)-2,3-дигидро-1,3,4-оксадиазол-2-тион 8. К 0,50 моль твердой исходной кислоты 6 приливают 1,0 моль тионилхлорида. Реакционную смесь нагревают 6 ч. После охлаждения в колбу добавляют 0,60 моль гидразингидрата и содержимое колбы перемешивают 2 ч. Образовавшийся белый осадок гидразида отфильтровывают, промывают этанолом и сушат на воздухе. При использовании известной методики получения 1,3,4-оксадиазолов из гидразида, сероуглерода и гидроксида калия получена калиевая соль оксадиазола. Учитывая ее плохую способность к кристаллизации, была осаждена тионная форма 8 действием раствора соляной кислоты. Конечный продукт был отфильтрован, промыт этанолом, водой и высушен на воздухе. Спектр ЯМР Н (DMS0-d6): 2,35 с (6Н, 2СНз); 4,51 д (2Н, СН2); 7,03 с (1Н, NH). Выход - 80%. Найдено (%): N 27,38. С8H9N50S2. Вычислено (%): N 27,43.

Общая методика алкилирования производных 1,3,4-оксадиазола 8-9. Растворяют 0,50 моль тиона 1,3,4-оксадиазола 8-9 в 20 мл спиртового раствора 0,50 моль гидроксида калия. К образованному раствору добавляют 0,60 моль соответствующего алкилгалогенида. Реакционную смесь нагревают в течение 40 мин. Белый осадок отфильтровывают, промывают этанолом, дистиллированной водой и сушат на воздухе.

[5-(4,6-Диметил-2-тиопиримидинметил)-1,3,4-оксадиазол]метилацетат 10Ь. Спектр ЯМР 1Н (DMS0-d6): 2,34 с (6Н, 2СНз); 3,65 д (3Н, ОСНз); 4,19 д (2Н, SCH2); 4,63 д (2Н, SСН2); 7,02 с (1Н, NH). Выход - 77%. Найдено (%): N 21,33. СllHlзN50зS2. Вычислено (%): N 21,39.

4-Метил-2-(5-метилтио-1,3,4-oксадиазол-2-ил)-1,6-дигидро-6-пиримидинон

11а. Спектр ЯМР ^ (DMSO-de): 2,51 д (2H, CH2); 2,56 c (3Н, CH3); 2,66 д (2H, SCH2); 5,52 с (1H, СН); 5,93 c (1Н, NH). Выход - 75%. Найдено (%): N 20,69. С9HloN4O2S2. Вычислено (%): N 20,73.

4-Метил-2-(5-аллилтио-1,3,4-оксадиазол-2-ил)-1,6-дигидро-6-пиримидинон 11с. Спектр ЯМР 'Н (DMSO-d6): 2,26 с (3H, CH3); 2,65 д (2Н, CH2); 3,86 д (2H, SCH2); 5,15 м (2H, =СН2); 5,37 м (2H, СЩ; 5,53 с (1H, Ш); 6,01 м (1H, =СH2-); 12,98 м (1Н, NH). Выход - 77%. Найдено (%): N 18,85. Q1H12N4O2S2. Вычислено (%): N 18,90.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате химических превращений получены устойчивые продукты 5a-k, 6-9, 10-13a-c, которые были индивидуально выделены и идентифицированы по спектрам. Так, для соединений 5a-k и 12-13а-с наблюдаются сигналы протона амидной группы (NH) в виде синглета в области 10,50-12,50 м.д. и 10,40-12,55 м.д. Для соединения 6 в спектре ЯМР 1Н наблюдается сигнал протона карбоксильной группы в виде размытого синглета в слабом поле при 12,60 м.д. Спектральные данные для оксадиазольных продуктов 8-9 также подтверждают их структуру, при этом сигналы двух метильных групп пиримидина проявляются синглетом при 2,35 м.д. В продукте алкилирования 11а присутствует сигнал протонов СН3-группы в виде синглета при 2,56 м.д., а аллильный фрагмент соединения 11с проявляется дублетом при 3,86 м.д. (SCH2), двумя дублетами при 5,15 и 5,37 м.д. (=СН2) и мультиплетом при 6,01 м.д. (=СН-).

Таблица 1

Вероятность проявления некоторых видов биологической активности для

соединений 6, 10b, 11a, 12b, 13b

Номер соединения Противотуберкулезная Периферическая Антибактериальная активность Противоопухолевая (рак легких) Ингибитор трансферазы Антимикобактериальная Антигиперхолесте-рическая Противоартритная Ингибитор НАДФ пероксидазы Противосеборейная Ингибитор дегидрогеназы

6 0,8811 0,7481 0,8581 0,8351 0,826 0,6422

0,7592 0,5722 0,8122

10b 0,6911 0,7652 0,807

11a 0,8441 0,9342 0,5152 0,804

12b 0,7681 0,5962 0,7201 0,7001 0,7451 0,8231

0,7292 0,6642 0,7472 0,8202

13b 0,7471 0,5192 0,7361 0,6471

0,7192 0,7002 0,6462

Примечания: -Вероятность проявления биологической активности программой PASS.

2-Вероятность проявления биологической активности сервисом Pharmaexpert.

Кроме того, мы также ставили задачу проверить компьютерными расчетами вероятность проявления спектра биологической активности. Для реализации этого мы использовали систему PASS [7] и программу Pharmaexpert [8], которые прогнозируют на основе структурной формулы соединения более 500 видов активностей и помогают сузить границы экспериментального скрининга для выявления соединений-лидеров. В Таблице 1 приведены результаты таких расчетов и представлены только вероятности проявления (Pa) биологического действия. Соединения 5a-k, 8, 11с, 12а, 12с, 13а при расчете не показали высокой активности и были исключены из дальнейших исследований. Перспективные соединения 6, 10b, 11a, 12b, 13b были проверены также на соответствие критериям Липински [9] и токсичность [10]. Для таких расчетов использовались бесплатные сервисы с набором программ [10, 11].

Таблица 2

Расчет критериев Липински и токсичности для продуктов 6, 10b, 11a, 12b, 13b

Номер соединения Log P Молекулярная полярная поверхность, А Не водородные атомы Молекулярная масса Акцепторы водородных связей (O,N) Количество доноров водородной связи (NH) Вращающие связи Молекулярный обьем, А Расчет токсичности вещества ^гласно сервису [10]

Внутривенно LD50 (mg/kg) Class 5 Орально LD50 (mg/kg) Class 4 Подкожно LD50 (mg/kg) Class 4

6 1,394 63,08 13 198,2 4 1 3 170,7 466,10 912,00 964,90

10b 1,831 91,01 21 326,4 7 0 7 267,9 351,40 890,40 1778,00

11а 1,194 84,68 17 270,3 6 1 4 214,7 490,80 700,40 884,10

12b 0,194 80,91 14 212,3 5 3 3 186,5 418,00 600,20 634,40

13b 0,969 100,80 14 214,2 6 4 3 178,0 390,00 441,40 911,80

ВЫВОДЫ

1. Впервые получена серия ацетамидных производных пиримидина 5a-k и 12-13а-с.

2. Проведена дальнейшая фунционализация пиримидинов 2-3 с образованием производных 1,3,4-оксадиазола 8-9. Алкилированием получены его тиоэфиры 10-11а-с.

3. Проведен компьютерный прогноз биологической активности с помощью программы PASS, Pharmaexpert, согласование критериям Липински и проверка токсичности (малотоксичные - класс 4, нетоксичные - класс 5) всех полученных соединений.

4. Определены соединения-лидеры (6, 12b, 13b) для дальнейшего исследования.

Список литературы

1. Studies on a-[6-(2'-methoxynaphthalenyl)-4-phenylpyrimidinylthio]-ß-(4-phenylbenzoyl)propionic acid and the biological activity of some products / M.M. Arief, S.A. Essawy, A.A. Wasfy [et al.] // Phosphorus, Sulfur, Silicon and the Related Elements. - 1994. - Vol. 91, № 1,4. - P. 1-7.

2. Synthesis and Biological Study of Some Novel 4-[5-(4,6-Disubstituted-2-thiomethylpyrimidyl)-4'-amino-1,2,4-triazol-3'-yl]thioacetyl-3-arylsydnones / B. Kalluraya, B. Lingappa, S.R. Nooji [et al.] // Phosphorus, Sulfur, Silicon and the Related Elements. - 2007. - Vol. 182, №. 6. - P. 1393-1401.

3. Structure-Based Design, Synthesis, and in vitro evaluation of Bisubstrate Inhibitors for Catechol O-Methyltransferase / B. Masjost, P. Ballmer, E. Borroni [et al.] // Chemistry A European Journal. - 2000. - Vol. 6, № 6. - P. 971-982.

4. Pat. US 3932375 (A). Use of 2-pyrimidine thiol carbonates as acylating agents for amino or imino containing compounds / N. Takeshi, K. Katumasa, K. Kouichi - US1974047918819740613; publ. 13.01.1976.

5. Ringspaltungsreaktion von Thiadiazolo- und Triazolopyrimidin-Derivaten / T. Okabe, E. Taniguchi, K. Maekawa [et al.] // Bulletin of the Chemical Society of Japan. - 1974. - Vol. 47. - P. 2813-2817.

6. Кривов'яз А.О. Функцюналiзацш 4-амшо-2-тю-6-тримщинотв / А.О. Кривов'яз, Ю.1. Фаринюк, В.Г. Лендел // Науковий вюник ужгородського университету Серш XiMM. - 2009. - Вип. 22. - С. 123-126.

7. Orechovich V.N. Institute of Biomedical Chemistrry. PASS: http://195.178.207.233/PASS/.

8. Pharmaexpress: http://pharmaexpert.ru/PASSonline/predict.php.

9. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings / C. A. Lipinski, F. Lombardo, B. W. Dominy, P. J. Feeney [et al.] // Adv. Drug. Delivery Rev. - 1997. - Vol. 23. - P. 4-25.

10. Pharmaexpress, Gusar online: http://www.pharmaexpert.ru/GUSAR/acutoxpredict.html.

11. Molinspiration Cheminformatics: http://www.molinspiration.com/cgi-bin/properties.

Кривов'яз А.О. Синтез ацетамвдних похвдних шримвдину та прогноз 1х бюлопчно!" активност / А.О. Кривов'яз, В.Г. Лендел // Вчет записки Тавршського нацюнального утверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2011. - Т. 24 (63), № 2. - С. 360-366. На оснж вдосконаленого методу одержат оцетамiднi похщт mримiдину. Проведена подальша функцiоналiзацiя вихщних тримщинових систем з метою синтезу жшдних 1,3,4-оксадiазолу. Кiнцевi продукти були тддаш комп'ютерному прогнозуванню спекав бiологiчноi активносл, перевiренi на вдаовдають критерiям Штнсю та токсичнiсть. Визначено сполуки-лiдери.

Ключовi слова: ацетамiднi похiднi пiримiдину, 1,3,4-оксадiазол, бiологiчний скринiнг, вiдповiднiсть критерiям Штнсю.

Kryvov'yaz A.O. Synthesis of derivatives pyrimidine and prediction their biological activity / A.A. Kryvov'yaz, V.G. Lendel // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 2. - P. 360-366.

On the basis of the method obtained amide derivatives of pyrimidine. Carried out further functionalization received initial pyrimidine systems to the synthesis of 1,3,4-oxadiazole derivatives. All final products subjected to computer prediction of biological activity spectra and checked for criterion Lipinski. Identified compounds leaders.

Keywords: acetamide derivatives of pyrimidine, 1,3,4-oxadiazole, biological screening, criterion Lipinski.

Поступила в редакцию 25.05.2011 г.