CC BY
23
УДК 547.781.1
Иванов А.Г., Басанова Е.И., Бормотов Н.И., Серова О.А., Шишкина Л.Н., Перевалов В.П.
СИНТЕЗ, ПРОТОТРОПНАЯ ТАУТОМЕРИЯ, ОЦЕНКА ЦИТОТОКСИЧНОСТИ И ПРОТИВОВИРУСНОЙ АКТИВНОСТИ В ОТНОШЕНИИ ВИРУСА ОСПОВАКЦИНЫ ПРОИЗВОДНЫХ 2-(ГАЛОГЕНФЕНИЛ)-1-ГИДРОКСИИМИДАЗОЛА
Иванов Артур Геннадьевич, обучающийся 3 курса бакалавриата факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева
Басанова Елизавета Ивановна, обучающийся 1 курса аспирантуры факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, инженер 1 категории кафедры технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева E-mail: [email protected]
Бормотов Николай Иванович, заведующий лабораторией химических препаратов отдела профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор»
Серова Ольга Алексеевна, н.с. отдела профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор» Шишкина Лариса Николаевна, д.б.н., заведующая отделом профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор»
Перевалов Валерий Павлович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», Россия, 630559, Новосибирская обл., р.п. Кольцово
В продолжение нашего поиска молекул, обладающих противовирусной активностью в отношении вируса осповакцины, был синтезирован ряд новых производных 1-гидрокси-2-(галогенфенил)имидазола. Также в качестве модельных структур для изучения прототропной таутомерии новых 1-гидроксиимидазолов были синтезированы производные 2-(галогенфенил)-1-метоксиимидазола и 3-оксида 2-(галогенфенил)-1-метилимидазола. Было показано, что новые производные 1-гидроксиимидазола в растворах в ДМСО существуют преимущественно в форме N-гидрокситаутомера.
Ключевые слова: 1-гидроксиимидазолы, 1-метоксиимидазолы, 3-оксиды имидазола, прототропная таутомерия, вирус осповакцины, противовирусная активность, цитотоксичность
SYNTHESIS, PROTOTROPIC TAUTOMERISM, EVALUATION OF CYTOTOXICITY AND ANTIVIRAL ACTIVITY AGAINST VACCINIA VIRUS OF 2-(HALOGENPHENYL)-1-HYDROXYIMIDAZOLE DERIVATIVES
Ivanov A.G.1, Basanova E.I.1, Bormotov N.I.2, Serova O.A.2, Shishkina L.N.2, Perevalov V.P.1 1D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia 2 State Research Centre of Virology and Biotechnology VECTOR, Koltsovo, Novosibirsk Region
As a continuation of our search for small molecules possessing antiviral activity against Vaccinia virus, a series of new 2-(halogenphenyl)-l-hydroxyimidazole derivatives was synthesized. In order to study prototropic tautomerism of novel 1-hydroxyimidazoles, similarly substituted 2-(halogenphenyl)-1-methoxyimidazoles and 2-(halogenphenyl)-1-methylimidazole 3-oxides were also obtained. It was demonstrated that new 1-hydroxyimidazoles in DMSO solution exist predominantly as N-hydroxytautomers.
Key words: 1-hydroxyimidazoles, 1-methoxyimidazoles, imidazole 3-oxides, prototropic tautomerism, Vaccinia virus, antiviral activity, cytotoxicity
Ровно 40 лет назад, 8 мая 1980 года, Всемирная Организация Здравоохранения заявила об успешном окончании Программы по ликвидации натуральной оспы и о полном искоренении этого вируса в природе [1, 2]. В связи с этим была прекращена всеобщая вакцинация населения, таким образом с каждым годом увеличивается число людей восприимчивых к данной инфекции, также стоит отметить, что и у ранее привитого населения иммунитет против осповирусов ослабевает каждые десять лет [2]. По этой же причине возрастает количество зоонозных случаев заражения, например,
вирусом оспы обезьян, который способен передаваться от человека к человеку [1].
Ранее [3] нами было показано, что производные 1-гидрокси-2-(2-гидроксифенил)имидазола проявляют перспективную вирусингибирующую активность в отношении вируса осповакцины и в то же время обладают низкой цитотоксичностью. Целью настоящей работы является синтез 2-(2-галогенфенил)замещённых 1-гидроксиимидазолов 1 и оценка их противовирусной активности в отношении ортопоксвирусов.
Новые 1 -гидроксиимидазолы 1а-к были получены конденсацией исходных
галогензамещённых бензальдегидов с
соответствующими оксимами и ацетатом аммония в ледяной уксусной кислоте при комнатной температуре (Схема 1). Выходы представлены в Таблице 1. Оксимы были получены по ранее описанным методикам [4].
R2'
R3
"ОН
CHaCOONHj /ГЛ_/ CHjCOOH N
1a-h
CH,I R3 КОН
Н3СО
о
N^R3
40% aq. CH,NH,
О О
АА
R3
О О Ny^-RS
ОН . // \\
сн3соон RlW
3a-c СН3
Схема 4. Синтез новых производных 2-(галогенфенил)имидазола.
R1 =4-F; 2-F; 4-CI; З-Вг R2 = СН3; R3 = ОС3Н5; ог п^3 = СНгС(СН3)2СНг
№ R1 R2 R3 Выход, %.
1a 4-F CH3 CH3 59
1b 4-F CH3 OC2H5 25
1c 2-F CH3 CH3 47
1d 2-F CH2C(CH3)2CH2 34
1e 4-Cl CH3 OC2H5 58
1f 3-Br CH3 OC2H5 36
1g 3-Br CH3 CH3 65
1h 2-F CH3 OC2H5 42
Известно [5], что 1-гидроксиимидазолы могут существовать в формах двух прототропных таутомеров (Схема 2): К-гидроксиимидазола А и N оксида имидазола В. При разработке потенциально биологически-активных соединений смещение таутомерного равновесия несомненно имеет значение [6], что стало предпосылкой для синтеза модельных структур для каждого из возможных таутомеров.
О 0 0
R1
Схема 5. Прототропная таутомерия 1-гидроксиимидазолов.
В качестве модельных соединений для N гидрокситаутомера А были получены 1-метоксиимидазолы 2а-с (Схема 1). Метилирование проводили взаимодействием исходных 1 -гидроксиимидазолов 1а-с с йодистым метилом в присутствии едкого кали в ДМФА при комнатной температуре. Выходы приведены в Таблице 2. Таблица 2. Выходы 1-метоксиимидазолов 2а-с
№ R1 R2 R3 Выход, %.
2a 4-F CH3 CH3 73
2b 4-F CH3 OC2H5 82
2c 2-F CH3 CH3 67
Для моделирования структуры К-оксидного таутомера В были получены 3-оксиды 1-метилимидазола 3а-с. Для этого предварительно взаимодействием исходных фторбензальдегидов с 40% водным раствором метиламина были синтезированы промежуточные азометины 4а,Ь. Их последующая реакция с соответствующими оксимами в ледяной уксусной кислоте при комнатной температуре привела к целевым 3-оксидам имидазола 3а-с с умеренными выходами (Таблица 3).
Таблица 3. Выходы 3-оксидов имидазола 3а-с
№ R1 R2 R3 Выход, %.
3a 4-F CH3 CH3 46
3b 4-F CH3 OC2H5 10
3c 2-F CH3 CH3 44
На данном этапе исследований особый интерес представляет определение преобладающего таутомера в растворе в ДМСО, так как именно этот растворитель используется в экспериментах по изучению противовирусной активности не растворимых в воде органических соединений [3].
Сравнение спектральных данных исследуемых 1-гидроксиимидазолов 1а-с и их модельных структур 2а-с и 3а-с показало, что изучаемых 2-(галогенфенил)-1-гидроксиимидазолы в растворах в ДМСО существуют преимущественно в К-гидрокси-таутомерной форме А. В качестве примера в Таблице 4 приведены химические сдвиги сигналов протонов в положениях 2 и 6 4-фторфенильного заместителя производных имидазола 1а,Ь, 2а,Ь, и 3а,Ъ в спектрах :Н ЯМР, зарегистрированных в дейтерированном ДМСО.
Таблица 4. Химические сдвиги реперных сигналов протонов
1a 2a 3a 1b 2b 3b
Хим. сдвиг, м.д. 8.08-8.13 8.09-8.16 7.82 8.11 8.05-8.15 7.82
(мультиплетность) (м) (м) (дд) (м) (м) (дд)
Сигналы данных протонов выбраны в качестве реперных, так как они проявляют наибольшую чувствительность к изменению природы гетероцикла (что и происходит при таутомерном превращении).
Также следует отметить, что сигналы протонов ^метоксигрупп в положении 1 соединений 2а-с находятся в области 3.8-3.9 м.д., тогда как сигналы ^метальной группы 3-оксидов имидазола 3а-с расположены при 3.5-3.6 м.д., и это различие в химических сдвигах подтверждает протекание
реакции метилирования 1-гидроксиимидазолов по атому кислорода N-гидроксигруппы.
Новые производные имидазола 1a-h, 2a-c, 3a-c были исследованы на наличие активности в отношении вируса осповакцины в культуре клеток Vero.
В Таблице 5 приведены предварительные результаты испытаний активности против вируса осповакцины на культуре клеток Vero 1-гидроксиимидазола 1а и 1-метоксиимидазола 2а.
Таблица 5. Противовирусная активность 1-гидроксиимидазола 1а и 1-метоксиимидазола 2а в отношении вируса
Соединение TC50, мкг/мл IC50, мкг/мл SI (TC50/ IC50) Примечание
1a 51.304 Н.а. --
2a 22.034 Н.а. --
Цидофовир (препарат сравнения) 275.72±2.04 10.03±0.63 27.60±1.56 [3]
Примечание к таблице: ТС50 - 50%-я токсическая концентрация препарата, при которой разрушается 50% клеток неинфицированного монослоя; 1С50 - 50%-я ингибирующая вирус концентрация препарата, при которой сохраняется 50% клеток инфицированного монослоя; SI — индекс селективности препарата, отношение ТС50/ТС50; Н.а. — нет активности.
Исследованный 1-гидроксиимидазол 1а не проявляет вирусингибирующей активности и при этом достаточно цитотоксичен. Переход к 1 -метоксипроизводному 2а приводит к возрастанию цитотоксичности, однако при этом противовирусной активности у соединения 2а не появляется. В связи с этим следует проводить дальнейшие модификации производных гидроксиимидазола с целью ослабления их цитотоксичности и проявления вирусингибирующей активности.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.
Список литературы
1. Маренникова С.С., Щелкунов С.Н. Патогенные для человека ортопоксвирусы / М.: KMK Scientific Press Ltd., 1998. 375 c.
2. Oldstone M.B.A. Viruses, Plagues and History. Past, Present and Future. Rev. and updated ed. / New York: Oxford University Press, Inc., 2010. 400 p.
3. Никитина П.А., Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Тихонов А.Я., Перевалов В.П. Синтез и противовирусная активность в отношении вируса осповакцины 1-гидрокси-2-(2-гидроксифенил)имидазолов // Изв. АН. Сер. хим. 2019. №3. С. 634-637.
4. Nikitina P.A., Kuz'mina L.G., Perevalov V.P., Tkach I.I. Synthesis and study of prototropic tautomerism of 2-(3-chromenyl)-1-hydroxyimidazoles // Tetrahedron. 2013. Vol. 69. № 15. P. 3249-3256.
5. Никитина П.А., Перевалов В.П. Методы синтеза и физико-химические свойства 1-гидроксиимидазолов, имидазол-3-оксидов и их бензоаннелированных аналогов // ХГС. 2017. Т. 53. №2. С. 123-149.
6. Katrizky A.R., Hall C.D., El-Gendy B.E.-D.M., Draghici B. Tautomerism in drug discovery // Journal of Computer-Aided Molecular Design. 2010. Vol. 24. № 67. P.475-484.
