CC BY
7СИНТЕЗ И АНТИПРОТОЗОЙНАЯ АКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДНЫХ
АЛКАЛОИДА ПЕГАНИНА
УДК 619:616.993.192
040000.Сельскохозяйственные науки 684137.Ветеринарная фармакология
Синтез и антипротозойная активность производных алкалоида пеганина Synthesis and antiprotozoal activity of peganine alkaloid derivatives
Зубенко Александр Александрович, д.б.н., главный научный сотрудник, Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр», 346421, Ростовская область, город Новочеркасск, Ростовское шоссе, д.0, Россия, ОЯСГО: 0000-00017943-7667, БРГЫ-код: 7776-8122, АиШогГО: 180846, [email protected] Фетисов Леонид Николаевич, ведущий научный сотрудник, Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр», 346421, Ростовская область, город Новочеркасск, Ростовское шоссе, д.0, Россия, ОЯСГО: 0000-00022618-1079, БРШ-код: 8809-2266, Аи1Ьог1Б: 508873, [email protected] Zubenko Alexandr Alexandrovich, Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher of North Caucasian Zonal Research Veterinary Institute - branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Rostov Agrarian Scientific Center», 346421, Rostov region, Novocherkassk, Rostov highway, 0, Russia, ORCID: 0000-00017943-7667, SPIN-koa: 7776-8122, AuthorlD: 180846, [email protected] Fetisov Leonid Nikolaevich, Leading Researcher of North Caucasian Zonal Research Veterinary Institute - branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Rostov Agrarian Scientific Center», 346421, Rostov region, Novocherkassk, Rostov highway, 0, Russia, ORCID: 00000002-2618-1079, SPIN-Kog: 8809-2266, AuthorID: 508873, [email protected]
Святогорова Александра Евгеньевна, младший научный сотрудник, СевероКавказский зональный научно-исследовательский ветеринарный институт - филиал федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр», 346421, Ростовская область, город Новочеркасск, Ростовское шоссе, д.0, Россия, ОЯСГО: 0000-00034233-1740, БРШ-код: 2369-0027, АиШогГО: 719399, [email protected] Svyatogorova Aleksandra Evgenyevna, Junior Researcher of North Caucasian Zonal Research Veterinary Institute - branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Rostov Agrarian Scientific Center», 346421, Rostov region, Novocherkassk, Rostov highway, 0, Russia, ORCID: 00000003-4233-1740, SPIN-Kog: 2369-0027, AuthorID: 719399, [email protected]
Аннотация. В лабораторных условиях Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института - филиала Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный Ростовский аграрный научный центр» был проведён синтез соединений производных пеганина, его осуществляли с помощью известных методов, описанных в руководствах по органической химии и в литературных источниках. Так, синтез соединения 1 проводили путём нитрования вазицина 11 азотной кислотой в серной кислоте с выходом 60%. Восстановление нитрогруппы в соединении 1 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 2-6 с высокими выходами (80-90%). Синтез сульфамида 7 проводили с помощью хлорсульфоновой кислоты при низкой температуре. Хлорпроизводное 8 получается при обработке вазицина хлористым тионилом в диметилформамиде с выходом 70%. Нуклеофильное замещения атома хлора на этилмеркаптогруппу и последующее амидометилирование по Айнхорну приводит к соединениям 9 и 10, соответственно. В результате исследований выявили, что природный алкалоид дезоксипеганин обладает активностью в отношении Colpoda 8(втИ в концентрации 31,25 мкг/мл, в два раза превышающем активность толтразурила. Химическая модификация дезоксипеганина путём введения нитрогруппы в бензольное кольцо приводит к шестьнадцатикратному 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 1, но в 16 раз выше активности толтразурила. Химическая модификация пеганиновых алкалоидов может привести к высокоактивным и ценным для ветеринарной практики антипротозойным препаратам.
Ключевые слова: хиназолиновый алкалоид, производные алкалоида пеганина, уровень антипротозойной активности
Annotation. The synthesis of compounds of apigenin derivatives was carried out in the laboratory conditions of North Caucasus Zonal Veterinary Research Institute - branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Rostov Agrarian Scientific Center", it was carried out using well-known methods described in manuals on organic chemistry and in literary sources. Thus, the synthesis of compound 1 was carried out by nitrating vasicin 11 with nitric acid in sulfuric acid with a yield of 60%. The reduction of the nitro group in compound 1 proceeds effectively when boiling in ethanol in the presence of hydrazine and nickel Renei as a catalyst. Acylation by the amino group does not cause difficulties and makes it possible to obtain compounds 2-6 with high yields (80-90%). Synthesis of sulfamide 7 was carried out using chlorosulfonic acid at low temperature. Chlorine derivative 8 is obtained by treating vasicin with thionyl chloride in dimethylformamide with a yield of 70%. Nucleophilic substitution of the chlorine atom by the ethyl mercapto group and subsequent amidomethylation by Einhorn leads to compounds 9 and 10, respectively. As a result of studies, it was revealed that the natural alkaloid deoxypeganin has activity against Colpoda steinii at a concentration of 31.25 micrograms/ml, twice the activity of toltrazuril. Chemical modification of deoxypeganin by introducing a nitro group into the benzene ring leads to a sixfold increase in activity. The reduction of the amino group suppresses the activity, while the acylation of the amino group increases the activity to 3.9 mcg/ml, which is somewhat inferior to the activity of the nitro derivative 1, but 16 times higher than the activity of toltrazuril. Chemical modification of pectin alkaloids can lead to highly active and valuable antiprotozoal drugs for veterinary practice.
Keywords: quinazoline alkaloid, peganine alkaloid derivatives, level of antiprotozoal activity
Введение. Пеганин (он же вазицин) - это хиназолиновый алкалоид. Он встречается в растении Peganum harmala [1].
Алкалоиды пеганин и вазицинон, выделяемые из Peganum harmala, обладают широким спектром биологической активности. Оба алкалоида в комбинации (1:1) проявляли выраженную бронхолитическую активность in vivo и in vitro [2].
Вазицин оказывает угнетающее действие на сердце, в то время как вазицинон является слабым стимулятором сердца; эффект может быть нормализован путем сочетания алкалоидов. Сообщается, что вазицин оказывает стимулирующее действие на матку. Исследования синтетических производных алкалоидов данного ряда привело к созданию эффективных медицинских препаратов. В частности, бромгексин, синтетическое соединение, имитирующее молекулярную форму вазицина, является распространенным ингредиентом лекарств от кашля из-за его муколитических свойств; он увеличивает выработку серозной слизи в дыхательных путях, что делает мокроту более тонкой и менее вязкой, что позволяет ресничкам легче выводить мокроту из дыхательных путей [2].
Алкалоиды вазицин и вазицинон являются эффективным лекарством против лейшманиоза - опаснейшего паразитарного заболевания человека [9].
Протозойные инфекции, вызываемые родом Leishmania, представляют огромную угрозу для общественного здравоохранения в развивающихся странах, усугубляемую токсичностью и устойчивостью к современным методам лечения. Авторы статьи исследовали экстракт из Peganum harmala и установили, что активно действующим веществом является гидрохлорид пеганина в дигидратированной форме.
Авторы работы [6] указывают, что лейшманиоз - это паразитарное заболевание, против которого до сих пор нет эффективной вакцины. Во всем мире оно затронуло миллионы людей, особенно в неразвитых и развивающихся странах. Стратегия борьбы с лейшманиозом зависит только от химиотерапевтических методов, которые, однако, связаны с несколькими побочными эффектами. Авторы делают вывод, что для преодоления этих негативных воздействий природные соединения являются лучшей
альтернативой и могут выступать в качестве одного из самых безопасных и эффективных альтернативных вариантов лечения этого конкретного заболевания. Лейшмания, возбудитель этого заболевания, обладает уникальными ферментами и метаболическими путями, которых нет в организме хозяина-млекопитающего. Более того, эти уникальные ферменты, наряду с сигнальными молекулами и метаболическими путями, которые имеют решающее значение для выживания лейшманий, служат подходящей лекарственной мишенью для природных ингибиторов для борьбы с лейшманиозом.
Авторы работы [8] приводят обзор тех молекул, чьи антилейшманиозные свойства были описаны за последние несколько лет, и краткую оценку исследований, необходимых для выявления новых доклинических препаратов. Отмечается, что хотя милтефозин и паромомицин были зарегистрированы в качестве клинических средств против висцерального лейшманиоза в последнее десятилетие, арсенал противолейшманиозных препаратов все еще требует совершенствования, особенно в области пероральных противолейшманиозных препаратов как для лечения висцеральных, так и кожных заболеваний. Несколько новых соединений и составов продемонстрировали многообещающую эффективность на животных моделях лейшманиоза, включая 8-аминохинолин NPC1161, ряд бис-хинолинов, DB766, родацианиновые красители, амиодарон и пероральный препарат амфотерицина В.
В более поздней работе [5] авторы отмечают, что весьма перспективными препаратами могут быть производные гетероцикла хиназолина, который является составной частью вазицина и вазицинона. Хиназолин имеет бициклическую структуру, содержащую бензольное кольцо и пиримидиновое кольцо. Обнаружено, что хиназолин и его производные обладают широким спектром биологической активности, которая включает противоопухолевую, обезболивающую, противомикробную, гипотензивную, противосудорожную, противомалярийную, противоопухолевую и
противотуберкулезную активности. Авторы освещают недавние исследования, проведенные исследователями по различным биологическим активностям производных хиназолина на различных мишенях.
В одной из глав книги [3] описывается возможное терапевтическое применение семян гармалы. Почти все части растения используются в традиционной медицине для лечения ряда заболеваний человека, включая люмбаго, астму, колики и желтуху, а также для использования в качестве стимулирующего средства. В медицине плоды и семена обладают пищеварительным, мочегонным, галлюциногенным, снотворным, жаропонижающим, спазмолитическим, тошнотворным, рвотным и стимулирующим матку действием. Фармакологически активными соединениями семян гармалы являются несколько алкалоидов, включая Р-карболины, такие как гармин, гармалин, гармалол, производные хармана и хиназолина, а также вазицин (пеганин) и вазицинон. В-карболиновые алкалоиды гармин и гармалин, которые проявляют ингибирование моноаминоксидазы, используются в качестве психоактивного препарата для лечения болезни Паркинсона. Алкалоиды являются кратковременными ингибиторами моноаминоксидазы, ответственной за процессы в мозге и во всём организме животных и человека. Отмечается, что все части растения токсичны, но токсичность не является критической.
Наряду с антипротозойными свойствами алкалоиды Peganum harmala обладают значительной активностью против фитопатогенных бактерий [7], в частности, возбудители бурой гнили картофеля, фитофтороза пихты груши, мягкой гнили картофеля и болезней скользкой кожицы лука. Минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) и минимальную бактерицидную концентрацию (MBC) определяли in vitro. Возбудитель бурой гнили R. solanacearum был наиболее чувствителен к тестируемому экстракту (MBC 150 мкг/мл), за которым следовал B. gladioli (MBC 200 мкг/мл). Отмечается, однако, значительное негативное воздействие на клетки обрабатываемого растения.
Необходимо отметить, что на свойства пеганиновых алкалоидов решающее значение оказывает стереохимия соединений [10]. Было показано, что абсолютная стереохимия (-)-вазицина и (-)-вазицинона имеет конфигурацию 3 S на основе рентгеноструктурного анализа гидробромидов алкалоидов. Вазицинол и вазицинолон, которые были взаимосвязаны, также должны иметь конфигурацию 3 S.
Учитывая изложенное, нами предприняты исследования по синтезу производных пеганиновых алкалоидов и сравнению их антипротозойной активности с природными алкалоидами пеганином (вазицином), дезоксипеганином и вазициноном, а также известным противококцидиозным препаратом толразурилом.
Цель исследования. Нами была поставлена задача синтезировать и изучить протистоцидную активность производных пеганина.
Материалы и методы. Изучение антипротозойной активности проводили по нашей методике (Фетисов Л.Н. и др. (2012 г.)) на простейших вида Colpoda 8(втИ (полевой изолят, коллекция лаборатории паразитологии ФГБНУ СКЗНИВИ). Исследования проводили в микропланшетах для постановки ИФА. Для простейших использовали среду - кипяченая водопроводная вода и стерильная дистиллированная вода (1:1). Первоначальное разведение вещества готовили на дистиллированной воде в присутствии ДМСО. Препарат сравнения - толтразурил. Результат оценивали по величине минимальной ингибирующей концентрации в мкг/мл [4].
Результаты. Синтез соединений (таблица 1) осуществляли с помощью известных методов, описанных в руководствах по органической химии и в литературных источниках. Так, синтез соединения 1 проводили путём нитрования вазицина 11 азотной кислотой в серной кислоте с выходом 60%. Восстановление нитрогруппы в соединении 1 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 2-6 с высокими выходами (80-90%). Синтез
сульфамида 7 проводили с помощью хлорсульфоновой кислоты при низкой температуре. Хлорпроизводное 8 получается при обработке вазицина хлористым тионилом в диметилформамиде с выходом 70%. Нуклеофильное замещения атома хлора на этилмеркаптогруппу и последующее амидометилирование по Айнхорну приводит к соединениям 9 и 10, соответственно.
Таблица 1. Антипротозойная активность производных пеганиновых
алкалоидов
Номера соединений
Структурная формула
Colpoda steinii, мкг/мл
1
О'
О
N
Х>
1,95
N.
N
500
О
N.
N
31,25
О
N.
N
15,6
О
N
N.
N
2
3
4
5
13 О О вазицинон >500
14 Толтразурил 62,5
Из данных таблицы видно, что из природных алкалоидов 11-13 значительной активностью обладает только дезоксипеганин 11 и пеганин 12. Первый из них в два раза более активен, чем толтразурил, а второй уступает в два раза активности толразурила. Вазицинон 13 активностью практически не обладает. Химическая модификация пеганина и дезокси пеганина может как усиливать активность, так и снижать её. Так нитропроизводное дезоксипеганина 1 более чем в десять раз активнее самого дезоксипеганина и более чем в двадцать раз активнее толтразурила. Восстановление нитрогруппы в аминогруппу (соединение 2) приводит к резкому снижению активности (до 500 мкг/мл). Ацилированние по аминогруппе (соединения 36) усиливает активность в сравнении с соединением со свободной аминогруппой, причём соединение 6 лишь в два раза уступает активности нитропроизводного 1 и многократно превышает таковую толтразурила. Введение объёмной группы в бензольное кольцо вазицина (структура 10) приводит к полной потере активности.
Заключение. Природный алкалоид дезоксипеганин обладает активностью в отношении Colpoda steinii в концентрации 31,25 мкг/мл, что в два раза превышает активность толтразурила. Химическая модификация дезоксипеганина путём введения нитрогруппы в бензольное кольцо приводит к шестьнадцатикратному 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 1, но в 16 раз выше активности толтразурила. Химическая модификация пеганиновых алкалоидов может привести в
высокоактивным и ценным для ветеринарной практики антипротозойным
препаратам.
Литература
1. Молудизаргари М., Микаили П., Агаджаншакери С., Асгари М. Х., Шайег Дж. (июль 2013). "Фармакологические и терапевтические эффекты Peganum harmala и его основных алкалоидов". Pharmacogn Rev. 7 (14): 199-212. doi: 10.4103/0973-7847.120524.
2. Непальский, Кунал; Шарма, Сахил; Оджа, Риту; Дхар, Канайя Лал (2012). "Вазицин и структурно родственные хиназолины". Исследование в области медицинской химии. 22 (1): 1-15. doi:10.1007/s00044-012-0002-5 . ISSN 1054-2523
3. Book chapter. Chapter 70: Medicinal and Pharmacological Potential of Harmala (Peganum harmala L.) Nuts and Seeds in Health and Disease Prevention, 2011, Pages 585-599 Sarfaraz Khan Marwat, Fazal ur Rehman https://doi.org/10.1016/B978-0-12-375688-6.10070-2
4. Burlov A.S., Complexes of zinc(ii) with n-[2-(hydroxyalkyliminomethyl)phenyl] -4-methylbenzenesulfonamides: synthesis, structure, photoluminescence properties and biological activity / A.S. Burlov, Y.V. Koshchienko, N.I. Makarova, G.S. Borodkin, A.V. Metelitsa, V.G. Vlasenko, A.A. Zubenko, Y.D. Drobin, Y.V. Zubavichus, D.A. Garnovskii // Polyhedron. 2018. Vol. 144. pp. 249-258. DOI: 10.1016/j.poly.2018.01.020
5. Current perspectives on quinazolines with potent biological activities: A review Synthetic Communications Volume 48, Issue 10, 2018, Pages 1099-1127 Tanya Gupta, AnkitRohilla, Ankita Pathak, Md Jawaid Akhtar, Md Rafi Haidera, M. Shahar Yar https://doi.org/10.1080/00397911.2018.1431282
6. Evaluation of target-specific natural compounds for drug discovery against Leishmaniasis Parasitology International Volume 91, December 2022, 102622 Vinita Gouri, Shobha Upretia, Mukesh Samant https://doi.org/10.1016/j .parint.2022.102622
7. In vitro and in vivo activity of Peganum harmala L. alkaloids against phytopathogenic bacteria Scientia Horticulturae Volume 264, 5 April 2020, 108940 Hanan A.Shaheen, Marwa Y.Issa https: //doi.org/10.1016/j .scienta.2019.108940
8. New antileishmanial candidates and lead compoundsCurrent Opinion in Chemical Biology Volume 14, Issue 4, August 2010, Pages 447-455 Julian V Richard, Karl A Werbovetz https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2010.03.023
9. Peganine hydrochloride dihydrate an orally active antileishmanial agent Volume 19, Issue 9, 1 May 2009, Pages 2585-2586 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. Tanvir Khaliq, Pragya Misra, Swati Gupta,K. Papi Reddy, Ruchir Kant, P.R.Maulik,Anuradha Dube,T.Narender https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2009.03.039
10. Reversal of absolute stereochemistry of the pyrrolo[2,1-b]quinazoline alkaloids vasicine, vasicinone, vasicinol and vasicinolone Tetrahedron: Asymmetry Volume 7, Issue 1, 1996, Pages 25-28 Balawant S.Joshi, M.Gary Newton, Doo Won Lee, Angela D.Barber, S.William Pelletier https://doi.org/10.1016/0957-4166(95)00412-2
Literature
1. Moludizargari M., Mikaeli P., Aghajanshakeri S., Asgari M. H., Shayeg J. (July 2013). "Pharmacological and therapeutic effects of Harmal Peganum and its main alkaloids". Pharmacol Rev. 7 (14):199-212. doi:10.4103/0973-7847.120524.
2. Nepali, Kunal; Sharma, Sahil; Oja, Ritu; Dhar, Kanaya Lal (2012). "Vasicin and structurally related quinazolines". Research in the field of medical chemistry. 22 (1): 1-15. doi:10.1007/s00044-012-0002-5 . ISSN 1054-2523
3. Book chapter. Chapter 70: Medicinal and Pharmacological Potential of Harmala (Peganum harmala L.) Nuts and Seeds in Health and Disease Prevention, 2011, Pages 585-599 Sarfaraz Khan Marwat, Fazal ur Rehman https://doi.org/10.1016/B978-0-12-375688-6.10070-2
4. Burlov A.S., Complexes of zinc(ii) with n-[2-(hydroxyalkyliminomethyl)phenyl] -4-methylbenzenesulfonamides : synthesis, structure, photoluminescence properties and biological activity / A.S. Burlov, Y.V. Koshchienko, N.I. Makarova, G.S. Borodkin, A.V. Metelitsa, V.G. Vlasenko, A.A. Zubenko, Y.D. Drobin, Y.V. Zubavichus, D.A. Garnovskii // Polyhedron. 2018. Vol. 144. pp. 249-258. DOI: 10.1016/j.poly.2018.01.020
5. Current perspectives on quinazolines with potent biological activities: A review Synthetic Communications Volume 48, Issue 10, 2018, Pages 10991127 Tanya Gupta, AnkitRohilla, Ankita Pathak, Md Jawaid Akhtar, Md Rafi Haidera, M. Shahar Yar https://doi.org/10.1080/00397911.2018.1431282
6. Evaluation of target-specific natural compounds for drug discovery against Leishmaniasis Parasitology International Volume 91, December 2022, 102622 Vinita Gouri, Shobha Upretia, Mukesh Samant https://doi.org/10.1016/j .parint.2022.102622
7. In vitro and in vivo activity of Peganum harmala L. alkaloids against phytopathogenic bacteria Scientia Horticulturae Volume 264, 5 April 2020, 108940 Hanan A.Shaheen, Marwa Y.Issa https : //doi.org/10.1016/j .scienta.2019.108940
8. New antileishmanial candidates and lead compoundsCurrent Opinion in Chemical Biology Volume 14, Issue 4, August 2010, Pages 447-455 Julian V Richard, Karl A Werbovetz https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2010.03.023
9. Peganine hydrochloride dihydrate an orally active antileishmanial agent Volume 19, Issue 9, 1 May 2009, Pages 2585-2586 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. Tanvir Khaliq, Pragya Misra, Swati Gupta,K. Papi Reddy, Ruchir Kant, P.R.Maulik,Anuradha Dube,T.Narender https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2009.03.039
10. Reversal of absolute stereochemistry of the pyrrolo[2,1-b]quinazoline alkaloids vasicine, vasicinone, vasicinol and vasicinolone Tetrahedron:
Asymmetry Volume 7, Issue 1, 1996, Pages 25-28 Balawant S.Joshi, M.Gary Newton, Doo Won Lee, Angela D.Barber, S.William Pelletier https://doi.org/10.1016/0957-4166(95)00412-2
