Синтетичні дослідження структурної модифікації похідних тіопірано[2,3-d]тіазолів як можливих напрямків оптимізації «сполук-лідерів»

3. Синтетичні дослідження структурної модифікації похідних тіопірано[2,3-d]тіазолів як можливих напрямків оптимізації «сполук-лідерів»

З метою вивчення можливих шляхів хімічної модифікації похідних 9,9-R¹,R²-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-онів-6, які проявили суттєву протиракову та антиоксидантну активності, опрацьовано реакції їх N-алкілювання через відповідні калійні солі. Як алкілюючі агенти для синтезу 4.1-4.7 використано етилхлорацетат та ряд N-арилхлорацетамідів. Гідразинолізом 4.7 одержано гідразид 4.8. З метою синтезу «біфармакофорних» молекул з фрагментом-носієм протипухлинної активності та тіазолідиндіоновим залишком, який повинен забезпечити афінітет до PPAR-г рецепторів, гідразид 4.8 проацильовано хлорангідридом 2,4-тіазолідиндіон-5-оцтової кислоти (4.9). Шляхом нуклеофільного приєднання фенілізотіоціанату (4.10) з наступною циклізацією у лужному середовищі фенілтіосемікарбазидного фрагменту одержано похідне 4.11 з 1-феніл-2-меркапто-1,3,4-тріазолільним фрагментом у молекулі (схема 11).

Схема 11

Відомо, що 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданіни при взаємодії з похідними акрилової кислоти (Й.Д. Комариця, 1989; Kassab, 1976) та ангідридами дикарбонових кислот (Р.Б. Лесик, 2004) зазнають каскадної двоетапної реакції, яка проходить за «доміно»-механізмом, з утворенням оригінальних поліциклічних систем. Ми вперше встановили, що взаємодія акролеїну з 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінами проходить в аналогічній манері як тандемні реакції гетеро-Дільса-Альдера та утворення циклічних напівацеталів (4.14, 4.15), що інтерпретовано на основі мас- та ¹Н-ЯМР-спектрів (схема 12). Для хімічних перетворень в умовах «доміно»-реакцій ресинтезовано кислоти 4.12 та 4.13. Встановлено, що довготривале нагрівання сполуки 4.13 з ароматичними амінами та гліцином в середовищі оцтової кислоти призводить до неочікуваної рециклізації з розривом ендоциклічного естерного угрупування та утворенням спіро-заміщених сукцинімідів з тіопірано[2,3-d]тіазол-2-оновим фрагментом - 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів 4.16-4.20. Використання традиційного методу одержання амідів 4.12, 4.13 через відповідні хлорангідриди не мало успіху, тому адаптовано альтернативний підхід ацилювання ароматичних амінів за допомогою N,N-дициклогексилкарбодііміду (DCC).

4. Біологічна активність нових поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів

Реалізовані у роботі напрями фармакологічного скринінгу є фрагментами проекту, який базується на багаторічному досвіді наукової школи проф. М. Туркевича з корекцією на сучасні тенденції у світовій науці. Сумарні результати дослідження наведені у таблиці.

Таблиця

Загальні результати фармакологічного скринінгу

Вид активності	Сполуки-кандидати	Сполуки з достатнім рівнем активності (%)
Протипухлинна активність	59	11 (18,6%)
Антиоксидантна активність	21	8 (38,0%)
Протигіпоксична активність	15	2 (13,3%)
Протитуберкульозна активність	62	6 (9,7%)
Протисудомна активність	28	4 (14,3%)
Противірусна активність	16	1 (6,3%)

Прескринінг протиракової активності сполук (програма DTP, Національний Інститут Раку США (NCI), dr. V.L. Narayanan) проводився на 3 лініях ракових клітин: MCF7 (рак молочної залози), NCI-H460 (рак легень), SF-268 (рак ЦНС) у концентрації 10^-4 М. Згідно з критеріями NCI до другого етапу досліджень відібрані сполуки 2.2, 2.7, 2.21-2.23, 2.136, 3.23, на фоні яких мітотична активність хоча б для однієї лінії ракових клітин не перевищує 33%. З 2006 року змінилась методологія прескринінгу, тому ряд сполук тестувались у концентрації 10^-5 М на 60 лініях різних видів раку, причому для поглибленого in vitro скринінгу відібрано сполуки 2.150, 2.153 та 4.11. Для деяких сполук поглиблене дослідження протипухлинної активності проводилося без попереднього відбору.

Поглиблене дослідження in vitro полягало у тестуванні сполук у п’яти концентраціях при 10-кратному розведенні на 60 лініях людських ракових клітин, в тому числі лейкемії (6 ліній), недрібноклітинного раку легень (9 ліній), епітеліального раку (7 ліній), раку ЦНС (6 ліній), меланоми (7 ліній), раку яйників (6 ліній), нирок (8 ліній), простати (2 лінії) та молочної залози (7 ліній). Аналіз результатів протипухлинної активності дозволив виділити «сполуки-лідери» 2.22, 2.149, 2.150, 2.153, 4.3 та 4.11, для яких середнє значення lgGI₅₀<-4,80 (рис. 3), та встановити виразну селективність дії деяких речовин. Так, похідні 2.2, 2.10, 2.12, 2.21, 2.24, 2.32, 2.110, 4.3, 4.11 проявляють високу активність до клітинних ліній лейкемії, сполуки 2.150, 2.153, 3.23 – до меланоми, а 2.22 – раку молочної залози. Аналіз селективності дії до індивідуальних ліній пухлинних клітин дозволив відзначити високу чутливість клітинних ліній CCRF-CEM (лейкемія) до сполук 2.10 (lgGI₅₀=-6,11) та 2.110 (lgGI₅₀=-6,40), SR (лейкемія) - 2.32 (lgGI₅₀=-7,37), NCI/ADR-RES (рак молочної залози) - 2.22 (lgGI₅₀<-8,00), UACC-257 (меланома) - 2.153 (lgGI₅₀=-6,65).

Проведено COMPARE аналіз на рівні GI₅₀ для активних сполук 2.21-2.42 з метою вивчення аналогії селективності дії до відомих протиракових агентів, які досліджувались у NCI. Встановлено кореляцію сполук 2.22 та 2.41 (PCC = 0,705ч0,838) зі стильбеновими аналогами NSC 645646, 638485 та 603443, які є інгібіторами полімеризації тубуліну, що дозволяє передбачити зазначений механізм протиракової дії для похідних з групи 2.21-2.42.

Докінгові дослідження (програмні пакети Glide та Fred) проведені до PPARг-рецептора (коди 1FM6 та 1NYX), білкового комплексу Bcl-X_L-BH3 (1BXL) та тубуліну (1SA1), дозволили одержати ряд значень скорингових функцій, які оцінюють якість та енергію зв’язування лігандів з молекулою біомішені. QSAR-аналіз параметру протипухлинної активності lgGI₅₀ (мультиваріативний регресійний аналіз методом часткових найменших квадратів, алгоритм «simulated annealing» для відбору змінних) з використанням значень скорингових функцій та 8 молекулярних дескрипторів (Mr, LogP, TPSA, HOMO та LUMO, m, q_min, та q_max) для навчальної вибірки з сполук 2.21-2.23, 2.35-2.42 дозволив одержати достовірні QSAR моделі 1-4.

lgGI₅₀ (Breast Cancer / T-47D) = 34,787*LUMO + 0,002*ZB(tubuline) (1)

(N=11, r²=0,91, S=0,13, F=43, q²=0,82)

lgGI₅₀ (Breast Cancer / T-47D) = 35,259*LUMO – 0,015*PLP(1BLX) – 0,029*CS(1BLX) (2)

(N=11, r²=0,93, S=0,11, F=33, q²=0,88)

lgGI₅₀ (Colon Cancer / HCT-116) = 0,611*m -2,294*q_min + 0,046*CS(1FM6) (3)

(N=10, r²=0,93, S=0,07, F=32, q²=0,81)

lgGI₅₀ (CNS Cancer / SNB-19) = -0,388*LogP – 5,008*q_min – 0,035*PLP(1BLX) (4)

(N=11, r²=0,91, S=0,09, F=24, q²=0,81)

Одержані моделі вказують на найвищу кореляцію lgGI₅₀ ліній раку молочної залози, простати та ЦНС з енергією найнижчої незайнятої молекулярної орбіталі (LUMO) та значеннями скорингових функцій докінгу до молекул тубуліну та білкового комплексу Bcl-X_L-ВН3, які можна використовувати як основні потенційні мішені для дизайну сполук з протипухлинною активністю та віртуального скринінгу похідних тіопірано[2,3-d]тіазол-2-онів.

Експериментальне дослідження ліпофільності 3,7-дитіа-5-азатетрацикло-[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 2.21-2.23, 2.35-2.42 методом зворотньофазової тонкошарової хроматографії (пластини Merck RP–18F_254S, рухома фаза - водно-ацетонові суміші) дозволило встановити ряд експериментальних показників ліпофільності R_m0 та показати, що найдостовірніше ліпофільність прогнозують програми ACD Labs та ChemOffice, про що свідчать моделі залежностей між експериментальною ліпофільністю R_m0 та розрахованими значеннями LogP цими програмами (r=0,901-0.934; q²= 0,691-0,721).

Вивчення антиоксидантної активності (АОА) проводили в модельній системі in vitro при неферментативному Fe²⁺-індукованому перекисному окисленні ліпідів (ПОЛ) на субстраті яєчних ліпопротеїдів у порівнянні з б-токоферолу ацетатом за стандартною методикою (проф. В.Д. Лук’янчук, ЛугДМУ). У результаті експерименту встановлено, що найбільш виразну АОА реалізують сполуки 2.98, 2.122, 2.102 і 2.111, які вже до 15-ої хвилини досліду зменшують рівень ТБК-реактантів на 81,58%, 48,79%, 39,83% та 26,29% відповідно, у порівнянні з контролем, причому 9-(3-етокси-4-оксифеніл)-14-(4-фторфеніл)-3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.0^2,10.0^4,8.0^12,16]гептадецен-4(8)-тріон 2.98 протягом усього періоду дослідження має найвищу здатність протидіяти розвитку ПОЛ.

Дослідження протигіпоксичної активності поліциклічних тіопіранотіазолів in vivo проведено на 104 білих безпородних щурах обох статей з використанням моделі гострої гіпоксичної гіпоксії на фоні гіпертермії (проф. В.Д. Лук’янчук, ЛугДМУ). У результаті експерименту встановлено, що 10 сполук з 15 проявляють протигіпоксичну активність з термопротекторними властивостями, а максимальний протекторний ефект характерний для сполуки 2.98, про виразну протигіпоксичну активність якої свідчить здатність збільшувати виживання тварин в умовах досліджуваного патологічного стану на 83,3% в порівнянні з контролем (пентоксифілін).

Враховуючи перспективні фармакологічні характеристики потенційного антиоксидантна та антигіпоксанта 2.98, опрацьовано режим його дозування методом двофакторного експерименту на моделі гіпоксії in vivo. Методом математичного моделювання з наступним аналізом одержаних систем залежностей виживання тварин від дози встановлено, що оптимальна доза 2.98 становить 166,42 мг/кг, при часі введення 49,93 хв до початку дії подразнюючих факторів.

На основі встановленого високого антиоксидантного потенціалу 9-(4'-флуорофеніл)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-ону-6 2.23 проведено вивчення гастропротекторного ефекту сполуки на моделі імобілізаційного стресу. На основі аналізу стану системи ПОЛ-АОЗ та морфологічних змін слизової оболонки шлунка дослідних тварин встановлено здатність сполуки 2.23 запобігати розвитку оксидаційного стресу та забезпечувати гастропротекторну дію.

У результаті дослідження протитуберкульозної активності, проведеної на штамі Mycobacterium tuberculosis H₃₇R_v (АТСС 27294) в Національному інституті алергійних та інфекційних хворіб (Бетезда, США) за програмою TAACF, виділено 6 сполук-лідерів (2.27, 2.118, 2.145, 2.147, 2.151, 2.152) з виразною протитуберкульозною активністю (MIC₉₀<6,25 мкг/мл). Слід відзначити високу групову активність 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріонів 2.145, 2.147, 2.151, 2.152 (MIC₉₀=0,677ч2,654 мкг/мл), проте певним обмеженням для їх поглибленого вивчення може стати висока цитотоксичність на VERO клітинах ссавців (IC₅₀=0,440ч1,575 мкг/мл).

Протисудомна активність in vivo (Національний інститут неврологічних порушень, Бетезда, США) вивчалась на основі максимального електрошокового тесту (MES-тест), коразолового судомного тесту та моделі гострої токсичності за рахунок мінімального рухового погіршення. Імідопохідні 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти 2.44, 2.48 та 2.53 виявили протекторний ефект в дозі 100 мг/кг в MES-тесті на мишах, а 2.56 – у MES- та коразоловому тестах.

Скринінг противірусної активності, проведений в Національному інституті алергічних та інфекційних хворіб (Бетезда, США) програмою AACF, не виділив активних сполук проти вірусу SARS та вірусів групи «біологічної зброї». Проте 2-оксо-7-(4-метоксифеніл)-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-6-карбальдегід 2.2 виявив суттєву активність до групи герпес-вірусів з високими значеннями індексу селективності (SI = CC₅₀/EC₅₀) – 3279, 34 та 31 для вірусів EBV (вірус Эпштейна-Барра), VZV (вірус варіцелла-зостер) та HSV-1 відповідно, що важливо для подальшого розвитку противірусної тематики конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів.

ВИСНОВКИ

1.         Показано, що взаємодія акролеїну, диметилацетилендикарбоксилату, N-карбоксиметилмалеїніміду, ароїлакрилових кислот, 2-норборнену, імідів 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохінону в реакції гетеро-Дільса-Альдера з 5-(R-метиліден)ізороданінами селективно призводить до утворення функціонально заміщених тіопірано[2,3-d]тіазолів, що дозволило одержати 199 конденсованих похідних на основі 4-тіазолідонів, встановити їх будову, вивчити фізико-хімічні параметри та біологічну активність. Комплексними дослідженнями кореляції «структура-активність» виділено 34 високоактивні сполуки з протираковою (11), протитуберкульозною (6), антиоксидантною (8), протигіпоксичною (2), протисудомною (4), гастропротекторною (1) та противірусною (1) активностями для поглибленого вивчення. Пріоритет дослідження підтверджено 3 патентами України на корисну модель.

2.         Вперше встановлено, що взаємодія 5-(R-метиліден)-4-тіоксо-2-тіазолідонів з ароїлакриловими кислотами селективно проходить з утворенням виключно 6-ароїл-2-оксо-7-арил(гетерил)-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазол-5-карбонових кислот, що дозволяє реалізувати ряд синтетичних схем в ряду б,в-ненасичених тіокарбонільних сполук.

3.         Показано, що [4+2]-аддукти реакції 5-(R-метиліден)ізороданінів з 1,4-нафтохіноном зазнають спонтанного оксидування, що дозволило одержати неописані в хімічній літературі 3,5,10,11-тетрагідро-2H-бензо[6,7]тіохромено[2,3-d]тіазол-2,5,10-тріони, які містять у своїй структурі біофорні фрагменти протиракових лікарських засобів - адріаміцину, даунорубіцину, мітоксантрону та мітоміцину С.

4.         Вперше встановлено, що 5-алкіліден-4-тіоксо-2-тіазолідони є активними гетеродієнами у реакції гетеро-Дільса-Альдера, що дозволило при їх взаємодії з N-заміщеними малеїнімідами, ароїлакриловими кислотами, 2-норборненом, імідами 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохіноном одержати серії нових тіопірано[2,3-d]тіазолів.

5.         Показано, що взаємодія 5-етоксиметиліденізороданіну з ацетилендикарбоновою кислотою та її метиловим естром, ароїлакриловими кислотами та 1,4-нафтохіноном проходить із спонтанними перетвореннями аддукту [4+2]-циклоприєднання, які включають не тільки встановлену раніше елімінацію молекули етанолу, а й декарбоксилювання та перегрупування подвійних зв’язків в залежності від природи дієнофілу.

6.         Обґрунтовано, що взаємодія 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном є новим варіантом «доміно»-реакції (гетеродієновий синтез / утворення напівацеталю), що дозволило вперше одержати 6-гідрокси-3,5a,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4’,3’:4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-2-они.

7.         Показано, що при взаємодії з амінопохідними в жорстких умовах 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтові кислоти зазнають рециклізації, що дозволило реалізувати синтетичний підхід до одержання 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів.

8.         Вперше ідентифіковано значний протираковий потенціал поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів, які проявляють високий протимітотичний ефект на 60 лініях ракових клітин людини з відносною специфічністю дії на лейкемію, меланому та рак молочної залози, що дозволило запропонувати 11 «структур-лідерів» для поглиблених фармакологічних досліджень. На основі комп’ютерного COMPARE аналізу, поєднаного з докінговими дослідженнями та QSAR-аналізом, висунуто гіпотезу про тубулін та білковий комплекс Bcl-X_L-ВН3 як біологічні молекулярні мішені протипухлинної активності поліциклічних тіопірано[2,3-d]тіазолів.

9.         Для похідних тіопірано[2,3-d]тіазолу характерна висока антиоксидантна, протигіпоксична та противірусна активності, які спостерігаються вперше і можуть розглядатись як нові напрямки дослідження фармакологічного потенціалу зазначеного класу гетероциклічних систем.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.          Anticancer thiopyrano[2,3-d]thiazol-2-ones with norbornane moiety. Synthesis, cytotoxicity, physico-chemical properties, and computational studies / Roman Lesyk, Borys Zimenkovsky, Dmytro Atamanyuk, Frank Jensen, Katarzhyna Kiec-Kononowicz, Andrzej Gzella // Bioorganic & Medicinal Chemistry. – 2006. – №14. – P.5230-5240. Особистий внесок автора: експериментальна частина робота, проведення докінгових та QSAR досліджень, узагальнення результатів.

2.          Синтез нових конденсованих гетероциклів з норборнановим фрагментом на основі 4-тіоксо-2-тіазолідону як потенційних біологічно активних сполук / Р.Б. Лесик, Д.В. Атаманюк, О.М. Роман, О.Д. Туркевич // Актуальні питання фармацевтичної та медичної науки та практики: Зб. наук. ст. – Вип. XIІ, т.1, – Запоріжжя, 2004. – С.39-42. Особистий внесок автора: експериментальна частина роботи.

3.          Віртуальний скринінг як методологія наукомістких технологій пошуку нових лікарських засобів / Р.Б. Лесик, Б.П. Громовик, Д.В. Атаманюк, В.М. Ябчанка // Фармацевтичний журнал. – 2004. – №6. – С.66-75. Особистий внесок автора: опрацювання методології та тактики віртуального скринінгу.

4.          Синтез та фармакологічне дослідження нових похідних тіопірано[2.3-d]тіазол-2-онів з антиоксидантною дією / Д.В. Атаманюк, В.Д. Лук’янчук, Р.Б. Лесик, С.Я. Рензяк // Актуальні питання фармацевтичної та медичної науки та практики: Зб. наук. ст. – Вип. XV, т.1. –Запоріжжя, 2006. – С.19-24. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, узагальнення фармакологічних даних.

5.          Скринінгове дослідження поліконденсованих тіазолотіопіранів як потенційних антигіпоксантів з термопротекторними властивостями / В.Д. Лук’янчук, С.Я. Рензяк, Д.В. Атаманюк, Р.Б. Лесик // Ліки. – 2006. – №3-4. – С.56-62. Особистий внесок автора: синтез поліциклічних тіазолотіопіранів, обґрунтування кореляції «структура - активність».

6.          3,7-Дитіа-5,14-діазапентацикло[9.5.1.0^2,10.0^4,8.0^12,16]-гептадецен-4(8)-тріони-6,13,15 та їх антиоксидантна активність на модельних дослідах / Б.С. Зіменковський, В.Д. Лук’янчук, Д.В. Атаманюк, С.Я. Рензяк, Р.Б. Лесик // Фармацевтичний журнал. – 2007. – №3. – С.78-88. Особистий внесок автора: синтетична частина, інтерпретація спектрів, обґрунтування кореляції «структура - антиоксидантна активність».

7.          Використання розрахункових методів для прогнозування ліпофільності 3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 / В.В. Огурцов, І.І. Олійник, Д.В. Атама-нюк, Р.Б. Лесик // Фармацевтичний журнал. – 2007. – №4. – С.57-63. Особистий внесок автора: експериментальне визначення ліпофільності методом зворотньофазової ТШХ.

8.          Synthesis and anticonvulsant activity of a series N-substituted bicycle[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicaboximides / J. Obniska, R. Lesyk, D. Atamanyuk, K. Kaminski // Acta Poloniae Pharmaceutica – Drug Research. – 2005. – №3. – P.213-219. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, узагальнення фармакологічних даних.

9.          Chemistry and pharmacology of 4-thiazolidone derivatives / R. Lesyk, B. Zimenkovsky, V. Lukyanchuk, D. Atamanyuk, O. Vovk, G. Kazmirchuk // Annals of Polish Chemical Society. –Vol.2, part 1. – 2003. – P.293-298. Особистий внесок автора: синтез тіопіранотіазолів.

10.        Лесык Р.Б., Зименковский Б.С., Атаманюк Д.В. Синтез и биологическая активность тиопирано[2,3-d]тиазолов и их функциональных производных // Азотсодержащие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. - Москва: ICSPF PRESS, 2006. – Т1. – С.349-352. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи, інтерпретація спектрів, узагальнення фармакологічних даних.

11.        Anticancer potential of 4-azolidones and related heterocycles / R. Lesyk, B. Zimenkovsky, D. Kaminsky, S. Holota, D. Atamanyuk, D. Havrylyuk, I. Nektegaev, G. Kazmirchuk, I. Subtel’na, O. Roman, A. Kryshchyshyn, D. Khyluk // Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska. –Lublin, Polonia. – 2006. – Vol.XIX, N 1(19). – P.107-110. Особистий внесок автора: синтез тіопіранотіазолів, узагальнення їх фармакологічних властивостей.

12.        Зіменковський Б.С., Лесик Р.Б., Атаманюк Д.В. 7-(4-Метоксифеніл)-2-оксо-3,5,6,7-тетрагідро-2Н-тіопірано[2,3-d]тіазолокарбальдегід, що виявляє протипухлинну активність // Деклараційний патент на корисну модель 20040907608. 15.06.2005. Бюл. №6. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

13.        9-(4’-Флуорофеніл)-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-он-6, який виявляє гастропротекторну дію / Б.С. Зіменковський, М.Р. Гжегоцький, О.С. Заячківсь-ка, Д.В. Атаманюк, Р.Б. Лесик, Л.В. Паніна // Патент на корисну модель №17828. 200604181. 16.10.2006. Бюл. №10. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини роботи.

14.        9-(3-Етокси-4-гідроксифеніл)-14-(4-фторфеніл)-3,7-дитіа-5,14-діазапентацикло [9.5.1.0^2,10.0^4,8.0^12,16]гептадец-4(8)-ен-6,13,15-тріон, який виявляє протигіпоксичну активність з термопротекторними властивостями / Д.В. Атаманюк, С.Я. Рензяк, Б.С. Зіменковський, Р.Б. Лесик, В.Д. Лук’янчук, О.І. Вовк // Патент на корисну модель №17608. 200600327. 16.10.2006. Бюл. №10. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

15.        Atamanyuk D.V. QSAR studies of thiazolidine derivatives with anticancer activity // Nucleic Acid Chemical Biology (NACB) Symposium. – Odense, Denmark, 2005. – P.35. Особистий внесок автора: проведення докінгових та QSAR досліджень.

16.        Zimenkovsky B.S., Atamanyuk D.V., Lesyk R.B. Thiоpyrano[2,3-d][1,3]thiazol-2-ones: synthesis and SAR studies // International conference “Chemistry of nitrogen containing heterocycles. CNCH-2006”. Book of abstracts. – Kharkiv, 2006. – P.16. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

17.        Atamanyuk D.V., Zimenkovsky B.S., Lesyk R.B. Heterodiene Diels-Alder reaction yielding thiazolothipyranes with carboxylic moiety as potential anticancer substances // International Conference on Organic Chemistry “Organic chemistry since Butlerov and Belstein until present”. –Saint-Petersburg, 2006. – P.459. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

18.        11-Арил-3,5.10,11-тетрагидро-2Н-бензо[6,7]тиохромено[2,3-d][1,3]тиазоло-2,5,10-трионы / Р.Б. Лесык, Б.С. Зименковский, Д.В. Атаманюк, Л.В. Шиловский // Азотсодержа-щие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. – Москва: ICSPF PRESS, 2006. –Т.2. –С.392. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

19.        2-(8,8-Диметил-2,5,7-триоксо-2,3,4а,5,6,7,7а,8-октагидропирроло[3’,4’:5,6]тиопирано-[2,3-d][1,3]тиазол-6-ил)-уксусная кислота / Р.Б. Лесык, Б.С. Зименковский, Д.В. Атаманюк, Д.В. Каминский // Азотсодержащие гетероциклы / Под ред. В.Г. Карцева. – Москва: ICSPF PRESS, 2006. –Т.2. –С.391. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, інтерпретація спектрів ПМР.

20.        3,7-Dithia-5,14-diazapentacyclo[9.5.1.0^2,10.0^4,8.0^12,16]heptadecene-4(8)-triones-6,13,15 and their antioxidant activity / Viktor Lukyanchuk, Dmytro Atamanyuk, Sergiy Renzyak, Zoryana Parashchuk, Roman Lesyk // XX Naukowy zjazd polskiego towarzystwa farmaceutycznego “Farmacja XXI wieku”. Streszczenia. – Katowice, 2007. – Tom II. – S.474-475. Особистий внесок автора: синтетичної частина, узагальнення фармакологічних даних.

21.        Atamanyuk Dmytro, Lesyk Roman. Search of novel potential leads among thiopyrano[2,3-d]thiazol-2-one derivatives with pharmacological importance // Bridges in Life Sciences Annual Scientific Review. – Pecs, 2007. – Vol.1, №1. – P.43. Особистий внесок автора: виконання синтетичної частини, узагальнення фармакологічних даних.

АНОТАЦІЯ

Атаманюк Д.В. Синтез, перетворення та біологічна активність поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів. –Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фармацевтичних наук за спеціальністю 15.00.02 – фармацевтична хімія та фармакогнозія. Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Міністерство охорони здоров’я України, Львів, 2008.

Дисертація присвячена пошуку нових потенційних біологічно активних сполук серед поліциклічних конденсованих систем на основі 4-тіазолідонів з використанням методології органічного синтезу, традиційного та високоефективного фармакологічного скринігу, QSAR-аналізу, молекулярного докінгу та дослідження ліпофільності.

Вивчено особливості реакції гетеро-Дільса-Альдера 5-ариліден-, (цикло)алкіліден- та етоксиметиліден-4-тіоксо-2-тіазолідонів як ефективних гетеродієнів та акролеїну, диметилацетилендикарбоксилату, N-карбоксиметилмалеїніміду, ароїлакрилових кислот, 2-норборнену, імідів 5-норборнен-2,3-дикарбонової кислоти та 1,4-нафтохінону як дієнофілів. Запропоновано новий варіант «доміно»-реакції (гетеродієновий синтез / утворення напівацеталю) на основі взаємодії 5-(2-оксифенілметиліден)ізороданінів з акролеїном. Здійснено хімічні перетворення біологічно активних 9,9-R¹,R²-3,7-дитіа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-онів-6 шляхом реакції N-алкілювання. Показано, що при взаємодії з амінопохідними в жорстких умовах 2-(2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано-[2,3-d]тіазол-5а-іл)оцтові кислоти зазнають рециклізації з утворенням 7'-(2-гідроксифеніл)-3',7'-дигідро-2H,2'H,5H-спіро[піролідин-3,6'-тіопірано[2,3-d]тіазол]-2,2',5-тріонів. Одержано аміди карбонових кислот 2,6-діоксо-3,5а,6,11b-тетрагідро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тіопірано[2,3-d]тіазольного ряду.

Структура синтезованих сполук підтверджена методами ЯМР-, мас, хромато-мас-спектроскопії та рентгеноструктурного аналізу.

Проведений фармакологічний скринінг синтезованих сполук на предмет протипухлинної, протитуберкульозної, антиоксидантної, протигіпоксичної, гастропротекторної, протисудомної та противірусної активностей. Встановлено певні закономірності зв’язку «структура – активність», які можуть бути використані для дизайну біологічно активних конденсованих тіазолідонів, та виділено групу високоактивних сполук із зазначеними видами фармакологічних ефектів для поглиблених досліджень.

Ключові слова: синтез, поліциклічні конденсовані тіазолідони, тіопірано[2,3-d]тіазоли, спектральні характеристики, фармакологічні дослідження, QSAR-аналіз, докінг, ліпофільність.

АННОТАЦИЯ

Атаманюк Д.В. Синтез, превращения и биологическая активность полициклических конденсированных систем на основе 4-тиазолидонов. –Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата фармацевтических наук по специальности 15.00.02 – фармацевтическая химия и фармакогнозия. Львовский национальный медицинский университет имени Данила Галицкого, Министерство здравоохранения Украины, Львов, 2008.

Диссертация посвящена поиску новых потенциальных биологически активных соединений среди полициклических конденсированных систем на основе 4-тиазолидонов с использованием методологии органического синтеза, традиционного и высокоэффективного фармакологического скрининга, QSAR-анализа, молекулярного докинга и исследования липофильности.

Изучены особенности реакции гетеро-Дильса-Альдера 5-арилиден-, (цикло)алкили-ден- и этоксиметилиден-4-тиоксо-2-тиазолидонов как эффективных гетеродиенов и акролеина, диметилацетилендикарбоксилата, N-карбоксиметилмалеинимида, ароилакри-ловых кислот, 2-норборнена, имидов 5-норборнен-2,3-дикарбоновой кислоты и 1,4-нафтохинона как диенофилов. Предложен новый вариант «домино»-реакции (гетеродиеновый синтез / образование полуацеталя) на основе взаимодействия 5-(2-оксифенилметилиден)-изороданинов с акролеином. Осуществлены химические превращения биологически активных 9,9-R¹,R²-3,7-дитиа-5-азатетрацикло[9.2.1.0^2,10.0^4,8]тетрадецен-4(8)-онов-6 путем реакции N-алкилирования. Показано, что при взаємодействии с аминопроизводными в жестких условиях 2-(2,6-диоксо-3,5а,6,11b-тетрагидро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тиопирано-[2,3-d]тиазол-5а-ил)уксусные кислоты рециклизируют в 7'-(2-гидроксифенил)-3',7'-дигидро-2H,2'H,5H-спиро[пиролидин-3,6'-тиопирано[2,3-d]тиазол]-2,2',5-трионы. Получены амиды карбоновых кислот 2,6-диоксо-3,5а,6,11b-тетрагидро-2Н,5Н-хромено[4',3':4,5]тиопирано-[2,3-d]тиазольного ряда.

Структура синтезированных веществ подтверждена методами ЯМР-, масс-, хромато-масс-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Проведен фармакологический скрининг синтезированных веществ на предмет противоопухолевой, противотуберкулёзной, антиоксидантной, противогипоксической, гастропротекторной, противосудорожной и противовирусной активностей. Установлены некоторые закономерности связи «структура – активность», которые могут быть использованны для дизайна биологически активных конденсированных тиазолидонов. Выделена группа высокоактивных веществ с указанными фармакологическими эффектами для углубленных исследований.

Ключевые слова: синтез, полициклические конденсированные тиазолидоны, тиопирано[2,3-d]тиазолы, спектральные характеристики, фармакологические исследования, QSAR-анализ, докинг, липофильность.

SUMMARY

Atamanyuk D.V. Synthesis, transformation and biological activity of polycyclic fused systems based on 4-thiazolidones. –Manuscript.

The dissertation for candidate's degree in pharmaceutical sciences in the speciality 15.00.02 – pharmaceutical chemistry and pharmacognosy. Danylo Halytsky Lviv National Medical University, Ministry of Public Health of Ukraine, Lviv. 2008.

The dissertation is dedicated to search of new biologically active substances among polycyclic fused systems based on 4-thiazolidones using the methodology of organic synthesis, traditional and high-throughput pharmacological screening, QSAR-analysis, molecular docking and lipophilicity studies.

Interaction of acrolein, dimethyl acetylenedicarboxylate, N-carboxymethylmaleimide, aroylacrylic acids, 2-norbornene, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imides and 1,4-naphtoquinone in hetero-Diels-Alder reaction with 5-(R-methylidene)isorhodanines selectively yields functionally substituted thiopyrano[2,3-d]thiazoles. The latter allowed to obtain 199 fused derivatives based on 4-thiazolidones, elucidate their structure and study their physico-chemical parameters as well as biological activity.

Interpreting of heteronuclear NMR ¹Н-¹³С correlations (methods HMQC and НМВС) allowed to establish, that interaction of 5-(R-methylidene)-4-thioxo-2-thiazolidones with aroylacrylic acids selectively yields 6-aroyl-2-oxo-7-aryl(hetaryl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazole-5-carboxylic acids.

Stereo-configuration of 9-aryl-3,7-dithia-5-azatetracyclo[9.2.1.0^2,10.0^4,8]tetradecen-4(8)-ones-6, obtained via interaction of 2-norbornene with 5-arylideneisorhodanines, have been elucidated by means of X-Ray analysis.

[4+2]-Adducts of 5-(R-methylidene)-4-thioxo-2-thiazolidones reaction with 1,4-naphtoquinone undergo spontaneous oxidation, which allowed to obtain new non-described in chemical literature 3,5,10,11-tetrahydro-2H-benzo[6,7]thiocromeno[2,3-d]thiazol-2,5,10-triones, which contained biophore fragments of anticancer drugs adriamycin, daunorubicin, mitoxantrone and mitomicin С.

It was identified that 5-alkylidene-4-thioxo-2-thiazolidones are active heterodienes in hetero-Diels-Alder reaction. This allowed following their interaction with N-substituted maleimides, aroylacrylic acids, 2-norbornene, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid imides and 1,4-naphtoquinone. Series of novel thiopyrano[2,3-d]thiazoles with low molecular weight were obtained.

5-Ethoxymethylidene-4-thioxo-2-thiazolidones with acethylenedicarboxylic acid, its dimethyl ester, aroylacrylic acids and 1,4-naphtoquinone [4+2]-cycloaddition adducts undergo spontaneous transformations, which include not only ethanol elimination, but also decarboxylation and regrouping of conjugated double bonds system depending on type of dienophile.

New variant of “domino”-reaction was proposed based on interaction of 5-(2-oxyphenylmethylidene)isorhodanines with acrolein (heterodiene synthesis / half-acetal formation), which allowed to obtain 6-hydroxy-3,5a,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4’,3’:4,5]thiopyrano [2,3-d]thiazol-2-ones.

Chemical transformations of 9,9-R¹,R²-3,7-dithia-5-azatetracyclo[9.2.1.0 ^2,10.0^4,8]tetradecen-4(8)-ones-6 was realized via N-alkylation by means of arylchloroacetamides and ethylchloroacetate with following hydrazinolysis and hydrazide transformations. 2-Oxo-7-(4-methoxyphenyl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazol-6-carbaldehyde was functionalized into thiosemicarbazido-derivatives using an aldehyde group.

2-(2,6-Dioxo-3,5а,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4',3':4,5]thiopyrano[2,3-d]thiazol-5а-yl)acetic acids with amino-derivatives in reflux in acetic acid undergo recyclization yielding 7'-(2-hydroxyphenyl)-3',7'-dihydro-2H,2'H,5H-spiro[pyrolidin-3,6'-thiopyrano[2,3-d]thiazol]-2,2',5-triones. Amides row of 2,6-dioxo-3,5а,6,11b-tetrahydro-2Н,5Н-cromeno[4',3':4,5]thiopyrano[2,3-d]thiazol-substituted carboxylic acids were obtained using soft acylation reagent DCC.

Complex screening and “structure-activity” correlation studies allowed identication of 34 highly-active compounds with anticancer (11), antimycobacterial (6), antioxidant (8), antihypoxic (2), anticonvulsant (4), gastroprotectant (1) and antiviral (1) activities for advanced studies. Conciderable anticancer potential of polycyclic thiopyrano[2,3-d]thiazoles was identified, which possess high antimitotic effect at 60 human tumor cell lines with relative specificity to leukemia, melanoma and breast cancer, which allowed to propose eleven «lead-compounds» for advanced pharmacological studies. Computer-based COMPARE analysis, combined with docking studies and QSAR-analysis allowed to propose hypothesis about tubulin and protein-protein complex Bcl-X_L/ВН3, as biological molecular targets of anticancer activity for thiopyrano[2,3-d]thiazoles. Experimental lipophilicity was determined by reversed-phase thin-layer chromatography. Obtained Rm₀ values correlated well with LogP predicted values by ACD Labs and ChemOffice software.

9-(3-Ethoxy-4-oxyphenyl)-14-(4-fluorophenyl)-3,7-dithia-5,14-diazapentacyclo-[9.5.1.0^2,10.0^4,8.0^12,16]heptadecen-4(8)-trione was identified as a compound having the highest level of antioxidant and antihypoxic activities.

Antimycobacterial screening showed the high activity of 3,5,10,11-tetrahydro-2H-benzo[6,7]thiochromeno[2,3-d]thiazol-2,5,10-triones (MIC₉₀=0.677ч2.654 мg/ml), which however possess also certain cytotoxicity on VERO mammal cells and this limits their future development.

2-Oxo-7-(4-methoxyphenyl)-3,5,6,7-tetrahydro-2Н-thiopyrano[2,3-d]thiazol-6-carbaldehyde was selected in antiviral activity screening showing considerable activity against herpes-viruses group (HSV-1, EBV, VZV) with high selectivity indexes.

Keywords: synthesis, polycyclic fused thiazolidones, thiopyrano[2,3-d]thiazoles, spectral data, pharmacological studies, QSAR-analysis, docking, lipophilicity.