Синтез, свойства и некоторые виды биологической активности тетразолов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, доктор наук Попова Елена Александровна

• Попова Елена Александровна
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Попова Елена Александровна

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Типы тетразолов, их электронные и структурные особенности

1.2 Координационные соединения переходных металлов с участием тетразолов в качестве лигандов

1.3 Таутомерия и кислотно-основные свойства тетразолов

1.4 Биологическая активность тетразолсодержащих соединений

1.4.1 Гипотензивное действие

1.4.2 Антибактериальное действие

1.4.2.1 Тетразолсодержащие антибиотики цефалоспориновогоряда

1.4.2.2 Тетразолсодержащие макролиды

1.4.2.3 Тетразолсодержащие псевдонуклеозиды

1.4.2.4 Аналоги стероидов

1.4.2.5 Биарилтетразолы

1.4.2.6 Тетразолсодержащие комплексные соединения

1.4.2.7Другие тетразолы с антибактериальной активностью

1.4.2.8 Ингибиторы в-лактамаз

1.4.3 Противогрибковая активность

1.4.4 Противовирусная активность

1.4.4.1 Тетразолильные аналоги и производные природных соединений

1.4.4.2 Другие тетразолы с противовирусной активностью

1.4.5 Противовоспалительное действие

1.4.6 Противоопухолевая активность

1.4.6.1 Тетразолилъные аналоги и производные природных соединений

1.4.6.2 Тетразолсодержащие комплексы

1.4.6.3 Другие тетразолы с противоопухолевой активностью

1.4.7 Действие на центральную нервную систему

1.4.7.1 Соединения, оказывающие судорожное или возбуждающее действие

1.4.7.2 Соединения, обладающие противосудорожным действием

1.4.7.3 Средства для лечения болезни Алъцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний

1.4.7.4 Анальгетики

1.4.8 Средства для лечения диабета

1.4.9 Антиоксидантная активность

1.4.10 Инсектицидная активность

1.4.11 Остеопротекторная активность

1.4.12 Тетразолы в биохимических исследованиях

1.5 Основные известные подходы к формированию тетразольного цикла

Глава 2. Обсуждение результатов

2.1 Новые подходы к синтезу и функционализации тетразолов для получения практически важных соединений

2.1.1 Металлопромотируемый подход к формированию 5Я-тетразольного цикла

2.1.2 Оптимизация методов получения 5Я-тетразолов и их функционализация в микрореакторных условиях

2.1.2.1 Синтез 5-фенилтетразола в микрореакторе

2.1.2.2 Синтез N1- и Ш-замещенных 5R-тетразолов в микрореакторных условиях

2.1.3 Синтез 1Н-тетразол-1-ильных аналогов аминокислот

2.1.3.1 Синтез аналогов аминокислот, в которых а-ЫИ2-группа замещена на 1Н-тетразол-1-ильный фрагмент

2.1.3.2 Синтез аналогов аминокислот, содержащих тетразольный цикл в боковой цепи

2.1.4 Синтез тетразолсодержащего аналога циклического октапептида - октреотида

2.1.5 Синтез модифицированных нуклеозидов, содержащих тетразолильный фрагмент

2.1.6 Комплексные соединения Pd(II) и Pt(II), содержащие в качестве лигандов тетразолилуксусные кислоты и их производные

2.1.6.1 Синтез и структура тетразолсодержащих комплексов

2.1.6.2 Исследование комплексообразования ионов Pt(II) с 2-алкил-2Н-тетразол-5-илуксусными кислотами методами спектроскопии ЯМР 1Н и ВЭЖХМС

2.1.6.3 Исследование термической стабильности комплексов палладия(П) и платины(11) с производными тетразолилуксусных кислот

2.2 Биологические свойства тетразолов

2.2.1 Противовирусная активность

2.2.1.1 Противогриппозная активность тетразолильных аналогов аминокислот

2.2.1.2 Анти-ВИЧ активность 1,2,3-триазолил-метилен-тетразолильных производных тимидина

2.2.1.3 Противогриппозная активность 1,2,3-триазолил-метилен-тетразолильных производных тимидина

2.2.2 Противоопухолевая активность

2.2.2.1 Противоопухолевая активность 1,2,3-триазолил-метилен-тетразолилъных производных тимидина

2.2.2.2 Исследование in vitro противоопухолевой активности комплексов Pd(II) и Pt(II) с участием производных тетразолилуксусных кислот

2.2.2.3 Исследование противоопухолевой активности комплексов Pd(II) и Pt(II) с участием производных тетразолилуксусных кислот на раковых клетках некоторых линий

2.2.3 Антибактериальная активность комплексов палладия(П) и плагины(П) с участием амидов тетразолилуксусных кислот

2.3 Заключение

2.4 Выводы

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1 Реактивы и оборудование

3.2 Экспериментальная часть к разделу 2.1.1 «Металлопромотируемый подход к формированию 5Я-тетразольного цикла»

3.3 Экспериментальная часть к разделу 2.1.2 «Оптимизация методов получения 5Я-тетразолов и их функционализация в микрореакторных условиях»

3.4 Экспериментальная часть к разделу 2.1.3 «Синтез 1Я-тетразол-1-ильных аналогов аминокислот»

3.5 Экспериментальная часть к разделу 2.14 «Синтез тетразолсодержащего аналога циклического октапептида - октреотида»

3.6 Экспериментальная часть к разделу 2.1.5 «Синтез модифицированных нуклеозидов, содержащих тетразолильный фрагмент»

3.7 Экспериментальная часть к разделу 2.1.6 «Комплексные соединения Pd(II) и Pt(II), содержащие в качестве лигандов тетразолилуксусные кислоты и их производные»

3.7.1 Синтез тетразолилуксусных кислот и их этиловых эфиров

3.7.2 Синтез амидов тетразолилуксусных кислот

3.7.3 Синтез комплексов Рё(П) и Р1:(П) с тетразолилуксусными кислотами

3.7.4 Синтез комплексов Рё(П) и Р1:(П) с эфирами тетразолилуксусных кислот

3.7.5 Синтез комплексов Рё(П) и Р1:(П) с амидами тетразолилуксусных кислот.. 227 Список литературы

Приложение

Введение

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Тетразолы, редко встречающиеся в живой природе, являются известными фармакофорами и широко используются при разработке лекарственных средств. Известно, что тетразольный цикл является биоизостерическим аналогом карбоксильной, цис-амидной и некоторых других функциональных групп. Введение тетразолильного фрагмента в молекулу биологически активного субстрата нередко способствует повышению его эффективности и увеличению пролонгируемости действия при снижении токсичности. На основе тетразолов были получены высокоэффективные лекарственные средства различного действия: гипотензивные (лазартан, вальсартан, фимасартан), антибактериальные (цефазолин, цевтезол, латамоксеф), анальгетики (алфентанил), антигистаминные (тазанопласт, пемиропласт, пранлукаст) и др. Тетразолы способны образовывать устойчивые координационные связи с ионами металлов. Ряд тетразолсодержащих комплексов металлов платиновой группы показали значительную биологическую активность в отношении различных клеточных линий рака человека [1-4].

Однако в некоторых аспектах химии тетразола остается много нерешенных проблем. Несмотря на то, что известны разнообразные методы синтеза тетразолов, в большинстве случаев они требуют использования довольно жестких условий проведения реакций (длительная выдержка, высокие температуры и давление). Кроме того, синтез тетразолов в большинстве случаев может сопровождаться выделением взрывоопасной азотистоводородной кислоты и дргих опасных полупродуктов [1]. В связи с этим, остается открытым вопрос о разработке эффективных и безопасных методов синтеза тетразолов, особенно, в промышленных масштабах. Весьма перспективным подходом к формированию тетразольного цикла может рассматриваться металлопромотируемое азидирование нитрилов, позволяющее получать тетразолы при низких температурах, небольших временах выдержки с высокими выходами [5].

До настоящего времени недостаточно внимания уделялось исследованию синтеза энантиомерно чистых тетразолсодержащих аналогов аминокислот, пептидов, нуклеозидов и других соединений, содержащих ассиметричные атомы углерода. Данный фактор может оказаться ключевым при рассмотрении биологической активности таких соединений. Кроме того, обсуждая биологическую активность веществ, весьма важными являются вопросы, связанные не только с установлением вида активности и количественного определения соответствующих параметров (1С50, СС50, и др.), но также с изучением механизмов их взаимодействия с биологическими мишенями (ДНК, белки). Именно такие комплексные исследования, проводимые теоретическими и экспериментальными методами позволят осуществлять целенаправленный молекулярный дизайн биологически активных молекул.

Таким образом, несмотря на имеющиеся заделы, целый ряд аспектов в химии тетразолов оказался не изученным. Отсутствуют количественные данные, описывающие эффективность металлопромотируемой активации нитрилов в их реакциях с азидами, также практически не изучено влияние природы металла на данный процесс. Кроме того, не рассмотрена возможность использования микрореакторов, позволяющих проводить процессы в условиях эффективного тепло- и массопереноса, при получении тетразолов, Именно для данного гетероцикла такие методы могут иметь практически важное значение, учитывая наличие принципиально взрывоопасных стадий. Стоит отметить, что синтез и биологические свойства тетразолильных аналогов целого ряда природных соединений, таких как аминокислоты и нуклеозиды оказались изучены недостаточно. Вместе с тем, исследования в этих областях позволят внести существенный вклад в химию тетразола, повысят их доступность и расширят область практического применения соединений данного ряда.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез, свойства и некоторые виды биологической активности тетразолов»

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы является разработка эффективных и безопасных методов синтеза тетразолов, в том числе новых аналогов природных соединений и

биологически активных веществ, их функционализация и исследование биологической активности, включая установление механизмов их взаимодействия с биологическими мишенями.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие принципиальные задачи:

- разработать эффективный металлопромотируемый подход к формированию 5R-тетразольного цикла посредством азидирования активированных нитрилов, координированных к Р^П) и Р1:(]У);

- разработать безопасный и эффективный подход к получению 5Я-КЯ-незамещенных, 1,5- и 2,5-дизамещенных тетразолов с применением микрореакторной техники;

- синтезировать несколько серий практически важных тетразолов, таких как аналоги, аминокислот, пептидов, нуклеозидов, а также тетразолсодержащих комплексов Pd(П) и Р^П) для биомедицинских исследований;

- исследовать биологическую активность (противовирусную, цитостатическую, антибактериальную) полученных тетразолов, включая механизмы их взаимодействия с важнейшими биологическими мишенями (ДНК, белки).

Научная новизна

1. Впервые предложен эффективный металлопромотируемый подход к формированию 5R-тетразольного цикла посредством азидирования нитрилов, координированных к Р1(П) и Р1(1У).

2. Впервые проведены количественные исследования кинетики образования 5Я-КЯ-незамещенных, 1,5- и 2,5-дизамещенных тетразолов в условиях микрореактора. Показана эффективность применения снарядного (тейлоровского) режима течения жидкостей в микроканале при проведении гетерофазного алкилирования тетразолов.

3. Получены новые тетразолильные аналоги аминокислот, пептидов и нуклеозидов. В случае использования в качестве исходных субстратов

энантиомерно чистых природных аминокислот впервые была обнаружена их частичная рацемизация при азидировании первичной а-амино-группы.

4. Впервые Cu(I)-катализируемым циклоприсоединением азидотимидина к 1- и 2-пропаргил-5R-тетразолам получена серия производных тимидина, содержащих в 3'-положении 1,2,3-триазол-метилен-5R-тетразолильный фрагмент. Исследована противовирусная (анти-ВИЧ, противогриппозная) и противоопухолевая активность синтезированных нуклеозидов. Методом молекулярного докинга показана способность гибридных 1,2,3-триазолил-тетразолильных производных тимидина влиять на вирусную полимеразу (гриппа А).

5. Впервые исследована активность новых тетразолильных аналогов аминокислот в отношении штамма вируса гриппа А H1N1. Показано, что значительную противовирусную активность и высокую селективность проявили ^)-5-(бензилокси)-5-оксо-2-(1Я-тетразол-1-ил)пентановая кислота (IC50 = 19.5 мкг/мл, SI = 17) и ДО)-2-(1Я-тетразол-1-ил)-3-фенилпропановая кислота (IC50 = 20 мкг/мл, SI = 15).

6. Получены новые комплексы Pd(II) и Pt(II) с тетразолилуксусными кислотами и их производными в качестве лигандов. Впервые показано, что взаимодействие соединений Pd(II) и Pt(II) с тетразолилуксусными кислотами в среде спирт/водный раствор HCl является эффективным способом получения соответствующих транскомплексов, содержащих сложные эфиры тетразолилуксусных кислот в качестве лигандов.

7. Эффективность взаимодействия комплексов Pd(II) и Pt(II) с тетразолилуксусными кислотами и их производными с ДНК изучена с помощью различных теоретических и экспериментальных методов in vitro: УФ-спектроскопия, спектроскопия кругового дихроизма, вискозиметрия, электрофорез, термическая денатурация ДНК и молекулярный докинг. Впервые установлено, что взаимодействие данных комплексов с ДНК наиболее вероятно осуществляется по малой борозде ДНК.

8. Впервые исследовано взаимодействие координированных к ионам Pd(II) производных тетразолилуксусных кислот с сывороточным альбумином методами

УФ-спектроскопии и флуорометрии. Показано, что константы связывания находятся в эффективном диапазоне (^ып= 8.32 х 104 л^М-1 - 1.61х105 л-M-1). Согласно данным молекулярного докинга, наиболее благоприятными сайтами связывания тетразолсодержащих палладиевых комплексов является гидрофобная часть кармана в субдомене IIA (полость вокруг Trp213).

9. Антипролиферативная активность тетразолсодержащих комплексов оценивалась in vitro в отношении нескольких раковых клеточных линий человека (MDA-MB-231, HT-29, MCF-7, HeLa, HL-60). Установлено, что тетразолилуксусные кислоты и комплексы Pd(II) и Pt(II) с их участием, вне зависимости от изомерии тетразолилуксусных кислот, не проявляют выраженной противоопухолевой активности. Впервые показано, что комплексы Pd(II) и Pt(II) с участием эфиров и амидов тетразолилуксусных кислот могут рассматриваться в качестве перспективных цитостатических агентов селективного действия.

10. Впервые установлено, что комплексы Pd(II) и Pt(II) с амидами тетразолилуксусных кислот проявляют высокую антибактериальную активность в отношении бактерии E. coli (штамм КА796). Наибольшую наномолярную противомикробную активность проявил комплекс mранс-[PdCl2(цuкло-гексиламид 5-метил-1Я-тетразол-1-илуксусной кислоты)2] с MLC 0.25 мкМ и LC50 0.075 мкМ.

Практическая значимость работы

Предложены эффективные и безопасные методы синтеза тетразолов с применением металлопромотируемого подхода, а также при использовании микрореакторной техники. Функционализацией тетразолов получены новые соединения, в том числе аналоги эндогенных биомолекул (аминокислоты, пептиды, нуклеозиды), а также известных лекарственных средств, таких как цисплатин, оксалиплатин, которые могут рассматриваться как перспективные физиологически активные вещества.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

- постановка цели и задач исследования, обоснование актуальности темы;

- формирование 5R-тетразольного цикла посредством металлопромотируемого азидирования координированных нитрилов, влияние металлоцентра на скорость азидирования;

- новый подход к синтезу 5R-NЯ-незамешенных и 5R-N-замешенных тетразолов в микрореакторных условиях, влияние режима течения жидкости в микроканале на скорость реакций;

- функционализация тетразолов для получения практически важных соединений, таких как аналоги аминокислот, пептидов, нуклеозидов, комплексов металлов платиновой группы. Энантиомерная чистота получаемых тетразолильных аналогов аминокислот;

- биологические свойства тетразолилиьных аналогов аминокислот, нуклеозидов и тетразосодержащих комплексов металлов платиновой группы.

Апробация результатов

Основное содержание работы опубликовано в 21 статье, включая пять обзоров в отечественных и международных журналах [1, 3-22], реферируемых в базах данных РИНЦ, Web of Science и Scopus, а также оформлен один патент на изобретение [23]. Основные положения диссертации доложены и обсуждены в 24 докладах (из них четыре устных) на международных, всероссийских и молодежных конференциях:

1. Попова Е.А., Бокач Н.А., Трифонов Р.Е., Островский В.А., Кукушкин В.Ю. Азидирование нитрилов, координированных к Pt(II) // Сборник тезисов докладов конференции «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии XXI века». - Санкт-Петербург, 23-26 марта 2010. - С. 38.

2. Островский В.А., Алешунин П.А., Трифонов Р.Е., Попова Е.А., Филиппов А.П. Новые методы синтеза N^-незамещенного 5-винилтетразола // Сборник тезисов докладов симпозиума некоммерческого партнерства институтов РАН "ОрХиМед": «Разработка лекарственных и физиологически активных соединений на основе природных веществ». - Санкт-Петербург, 14-18 июня 2010. - С. 330.

3. Островский В.А., Попова Е.А., Трифонов Р.Е. Новые тенденции в медицинской химии тетразолов // Сборник тезисов докладов симпозиума некоммерческого партнерства институтов РАН "ОрХиМед": «Разработка лекарственных и физиологически активных соединений на основе природных веществ». - Санкт-Петербург, 14-18 июня 2010. - С.331.

4. Popova E.A., Bokach N.A., Trifonov R.E., Ostrovskii V.A., Kukushkin V.Yu. A novel way of a synthesis of tetrazoles from coordinated to Pt(II) nitriles // Abstract book «XXIV-th European colloquium on heterocyclic chemistry». - Vienna, 23-27 august 2010. - P.96.

5. Popova E.A., Trifonov R.E., Ostrovskii V.A. Acid-base properties of polynuclear tetrazoles as ligands for coordination with the heavy metals ions // Abstract book «NECC 2010 Nordic Environmental Chemistry conference». - Longyearbyen, 2-5 march 2010. -С. 90.

6. Попова Е.А., Бокач Н.А., Трифонов Р.Е., Островский В.А., Кукушкин В.Ю. Новые тетразолсодержащие координационные соединения Pt(II) и Pt(IV) // Сборник тезисов докладов III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященная 95-летию со дня рождения профессора А.Н. Коста. - Москва, 18-21 октября 2010. - С. 164.

7. Попова Е.А., Бокач Н.А., Трифонов Р.Е., Островский В.А. Новый путь синтеза 5Я-тетразолов, координированных к Pt(II) и Pt(IV) // Сборник тезисов докладов Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплпексообразования. - М.: Российский университет дружбы народов, 18-22 апреля 2011. - С.204.

8. Попова Е.А., Ивашко С.Н., Бокач Н.А., Трифонов Р.Е., Островский В.А. Азидирование нитрилов, координированных к Pt(II) // Сборник тезисов докладов XXIX Всероссийского симпозиума молодых ученых по химической кинетике. - П-т Березки Московская обл., 2011. - С. 77.

9. Popova E.A., Bokach N.A., Trifonov R.E., Ostrovskii V.A. Quantitive Estimaion For Reactivity of Nitriles coordinated to Pt(II) in Reacions with azides // Book of Abstracts Symposium «Frontiers of Organomeallic Chemisry», F0C-2012 and 2nd

Taiwan-Russian Symposium on Organometatallic Chemisry. - Saint Petersburg, Russia, September 21st-22nd, 2012. - Р.179.

10. Попова Е.А., Абиев Р.Ш., Сорокин М.А., Лаппалайнен Л.А., Трифонов Р.Е., Островский В.А. Кинетика азидирования бензонитрила в условиях микрореактора // Сборник тезисов докладов XXX Всероссийский симпозиум молодых ученых по химической кинетики и термодинамике. - Московская обл., 19-22 ноября 2012. - С. 28.

11. Popova E.A., Abiev R.Sh., Lappalainen L.A., Svetlov S.D., Andreeva T.V., Trifonov R.E., Ostrovskii V.A. Synthesis of 5-phenyltetrazole and its N-methyl derivatives in a microreactor // Book of abstracts 2nd International Conference Implementation Microreactor Technology in Biotechnology. - Cavtat, Croatia, 5-8 May 2013. - P.113.

12. Popova E.A., Selivanov S.I., Serebryanskaya T.V., Bokach N.A., Trifonov R.E. Complex formation of Pt(II) with 2-alkyl-2H-tetrazol-5-yl acetic acids // Cборник тезисов докладов XXVI Международная Чугаевская конференция по координационной химии. - Казань, Россия, 6-10 октября 2014. - С. 419.

13. Popova E.A., Nikolskaia S.K., Gluzdikov I.A., Trifonov R.E. Solid-phase peptade synthesis of analogue of octreotide with L-lysine-like tetrazolyl amino acid // Cборник тезисов докладов VI Международная конференция молодых ученых «Органческая химия сегодня» InterCYS-2014. - Санкт-Петербург, Россия, 23-25 сентября 2014. P. 73.

14. Popova E.A., Nikolskaia S.K., Gluzdikov I.A., Trifonov R.E. Efficient synthesis of analogs of somatostatin-14 with L-lysine-like tetrazolyl amino acid // Book of abstracts 50-th international conference on medicinal chemistry. Interfacing chemical biology and drug discovery. - Rouen, Normandy, France, July 2-4 2014. - Р. 227.

15. Попова Е.А., Селиванов С.И., Серебрянская Т.В., Трифонов Р.Е. Исследование процессов комплексообразования 2-алкил-2Я-тетразол-5-илуксусных кислот с Pt(II) методом 1Н ЯМР спектроскопии // Cборник тезисов докладов XII Международный семинар по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология). - Ростов на Дону, Россия, 2-7 марта 2015. С. 168.

16. Попова Е.А., Селиванов С.И., Серебрянская Т.В., Трифонов Р.Е. Исследование кинетики реакций комплексообразования Pt(II) с 2-алкил-2Н-тетразол-5-илуксусными кислотами методом ЯМР 1Н спектроскопии // Cборник тезисов докладов Пятая Международная научная конференция «Химическая термодинамика и кинетика». - Великий Новгород, Россия, 25-29 мая 2015. - С. 176177.

17. Trifonov R.E., Popova E.A., Nikolskaja S.K., Gluzdikov I.A., Zorina A.D., Tolstjakov V.V., Ostrovskii V.A. Triazolyl and Tetrazolyl analogist of Natural Compounds fo New Drugs Development // Book of Abstracts International Congress on Heterocyclic Chemistry «KOST-2015». - Lomonosov Moscow State University, Moscow, 18-23 October 2015. - P.171.

18. Ostrovskii V.A., Popova E.A., Trifonov R.E. Abnormal Nucleosides and Peptides containing tetrazolyl moiety // Book of Abstracts Dombay Organic Conference Claster DOCC-2016. - Dombay, Russia, Unifest, 29th May - 04th June 2016. - P.56.

19. Чупрун C.C., Протас А.В., Толстяков В.В., Мухаметшина А.В., Попова Е.А., Трифонов Р.Е., Тетразол-1-ильные аналоги некоторых природных аминокислот // Cборник тезисов докладов Кластер конференций «ОргХим-2016». - Санкт-Петербург (Репино), 27 июня - 1 июля 2016. - C. 496.

20. Островский В.А., Попова Е.А., Трифонов Р.Е. Электрофильное нитрование фенилтетразолов в системе H2SO4 - HNO3. // Cборник тезисов докладов Кластер конференций «ОргХим-2016». - Санкт-Петербург (Репино), 27 июня - 1 июля 2016.

- С.410.

21. Protas A.V., Popova E.A., Mikolaichuk O.V., Muchametshina A.V., Ovsepyan G.K., Kasynenko N.A., Trifonov R.E. DNA/protein binding and gel electrophoresis studies of novel water soluble palladium(II) complexes featuring tetrazolylacetic acids and their esters // Cборник тезисов докладов «Advances in synthesis and complexing».

- РУДН, Москва, 24-28 апреля 2017. - C.42.

22. Protas A.V., Popova E.A., Mikolaichuk O.V., Porozov Y.B., Trifonov R.E. Evaluation of DNA and protein-binding, DNA cleavage, molecular docking and in vitro cytotoxic activities of Pd(II) and Pt(II) complexes featuring tetrazolylacetic acids esters

// Сборник тезисов докладов III Российская конференция по медицинской химии «МедХим-2017». - Казань, Россия, 28 октября-3 ноября 2017. - С. 201.

23. Popova E.A., Protas A.V., Mikolaichuk O.V., Porozov Y.B., Trifonov R.E. Synthesis and properties of some platinum group complexes with tetrazole ligands // Book of Abstracts 27th International Chugaev Conference Coordination Chemistry «Physicochemical Methods in Coordination Chemistry». - Нижний Новгород, Россия, 2-6 октября 2017. - P. О36.

24. Попова Е.А., Протас А.В., Миколайчук О.В., Мухаметшина А.В., Овсепян Г.К., Трифонов Р.Е. Тетразолилуксусные кислоты как перспективные скаффолды в синтезе новых биологически активных веществ // Шорник тезисов докладов V Всероссийская с международным участием конференция по органической химии.

- Владикавказ, Северная Осетия-Алания, 10-14 сентября 2018. - C. 137. Связь работы с научными программами, темами

Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательской работы по следующим грантам и программам:

- РНФ 17-13-01124 «Тетразолы и другие полиазотистые гетероциклы для биомедицины»;

- РФФИ 16-53-00047 «Координационные соединения переходных металлов с полиазотистыми гетероциклическими лигандами рядов 1,2,4-триазола, тетразола и 1,3,4-оксадиазола: синтез, строение и биологическая активность»;

- РФФИ 17-04-00981 «Тетразолильные производные растительных тритерпеноидов как перспективные молекулярные скаффолды для новых лекарств»;

- Грант президента РФ MK-1354.2009.3 «Координационные соединения тетразолов с ионами металлов в синтезе новых лекарственных препаратов и системах защиты от коррозии»;

- Грант СПбГУ IAS_12.38.428.2015 «Новые азолильные производные аминокислот и пептидов, меченные фтором-18, как радиотрейсеры для позитронной эмиссионной томографии»;

- Грант СПбГУ IAS_12.50.1567.2013 «Тетразолы и другие полиазотистые гетероциклы как объекты медицинской химии: синтез, структура и свойства».

Личный вклад соискателя

Цель работы и основные направления исследований были сформулированы автором диссертации совместно с научным консультантом. Автор лично выполнил значительный объем экспериментальных исследований, связанных с проведением металлопрмотируемых реакций активированных нитрилов, получением тетразолильных аналогов аминокислот, пептидов и нуклеозидов, тетразолсодержащих комплексов, а также автор провел идентификацию и характеризацию продуктов реакций. Кроме того, диссертанткой были проведены физико-химические исследования, анализ и обобщение полученных результатов. Вклад соавторов совместных публикаций описан в диссертационной работе.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка использованных источников, включающего 422 ссылки и приложения. Материалы изложены на 287 страницах текста и содержат 2 таблицы, 13 схем и 3 рисунка в главе «Литературный обзор»; 8 таблиц, 14 схем и 39 рисунков в главе «Обсуждение результатов».

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту д.х.н., профессору Р.Е. Трифонову за помощь и содействие в выполнении данной работы. Автор считает приятным долгом выразить признательность к.х.н. А.В. Протас, О.В. Миколайчук, д.х.н. С.И. Селиванову и другим сотрудникам кафедры Химии природных соединений СПбГУ за участие в работе и обсуждении результатов. Автор выражает огромную благодарность д.х.н., профессору В.А. Островскому и к.х.н. Ю.Н. Павлюковой за совместную работу и ценные рекомендации; д.т.н., профессору Р.Ш. Абиеву за совместную работу по оптимизации методов получения тетразолов в микрореакторных условиях; д.х.н, чл.-корр. РАН, профессору В.Ю. Кукушкину, д.х.н., профессору Н.А. Бокач и к.х.н. Т.В. Серебрянской за совместную работу по тетразолсодержащим комплексам; к.б.н.

В.В. Зарубаеву, к.х.н. Е.И. Степченковой, д.б.н. М.К. Кухановой, д.х.н. профессору Н.А. Касьяненко, проф. I. Ott и Р.В. Суезову за содействие в биологических исследованиях; к.х.н. Ю.Б. Порозову и М.А. Гурееву за содействие в исследованиях по взаимодействию тетразолсодержащих комплексов с ДНК и альбумином; С.К. Никольской, к.х.н. И.А. Глуздикову и к.х.н. О.С. Федоровой за совместную работу по тетразолильным аналогам аминокислот и пептидов.

Автор признателен сотрудникам ресурсного центра СПбГУ «Рентгенодифракционные методы исследования» к.геол.-мин.н. Г.Л. Старовой, В.В. Суслонову и проф. M. Haukka (Университет города Ювяскюля, Финляндия) за проведение рентгеноструктурного анализа, а также сотрудникам ресурсных центров СПбГУ «Методы анализа состава вещества», «Магнитно-резонансные методы исследования», «Термогравиметрические и калориметрические методы исследования» и «Развитие молекулярных и клеточных технологий». Отдельную признательность и благодарность автор выражает своей семье за понимание, помощь и поддержку.

Глава 1. Литературный обзор

Тетразолы для биомедицины. Структурные типы, некоторые физико-химические свойства, биоизостеризм и биологическая

активность тетразолов

Химия биологически активных соединений, содержащих в молекулярной структуре тетразольный цикл, претерпела на рубеже ХХ/ХХ1-го столетий интенсивное эволюционное развитие [1-4, 11, 24-26]. Связано это, прежде всего, с широким использованием тетразолильной группы в качестве фармакофорного фрагмента в молекулярном дизайне биологически активных соединений с оптимальным фармакокинетическим профилем [1-4, 11]. На мировом фармацевтическом рынке за относительно короткий срок (10-20 лет) появились десятки высокоэффективных лекарственных средств, активные фармацевтические ингредиенты которых содержат тетразольный цикл. Ежегодно публикуются сотни работ, посвященных синтезу новых биологически активных тетразолов [3]. Известно более 20 видов биологической активности тетразолов. Эти соединения обладают гипотензивным, противомикробным, противовирусным, противоаллергическим, противоопухолевым действием, цитостатической, ноотропной, а также другими видами активности [3].

Такое пристальное внимание к тетразолам обусловлено, прежде всего тем, что введение данного гетероцикла в молекулу органического субстрата нередко приводит не только к повышению эффективности, но и к увеличению пролонгируемости действия лекарственного средства. При этом, как правило, не происходит увеличения острой токсичности [3]. Тетразолы с успехом используются в качестве компонентов материалов медицинского назначения, например, в диагностических комплексах.

Необходимо также отметить, что в последние десятилетия появились доступные и относительно безопасные методы синтеза тетразолов, реализованные в промышленном масштабе [1]. Безусловно, этот фактор способствует активному

продвижению соединений, содержащих в молекулярной структуре тетразолильный фрагмент, в сферы медицинской химии и производства лекарственных средств. В настоящем аналитическом обзоре рассмотрены основные структурные типы тетразолов и их некоторые электронные, структурные и физико-химические свойства; обобщены известные данные и обсуждены наиболее популярные гипотезы, объясняющие природу биологической активности тетразолов с целью выявления тенденций и перспектив развития биомедицинской химии тетразолов.

1.1 Типы тетразолов, их электронные и структурные особенности

Тетразолы могут существовать в виде различных изомеров. Заместитель в гетерокольце может располагаться в положениях 1 (1Н-тетразолы) (1), 2 (2Н-тетразолы) (2), 5 (КЯ-незамещенные тетразолы) (3) и (4) (депротонированная форма). При этом, 1Н- и 2Н-изомеры существенно различаются по своим физико-химическим, химическим и биологическим свойствам [1, 2]. В случае дизамещенных тетразолов возможно существование 1,5- и 2,5-изомеров нейтральных молекул (5, 6).

2

R R R R1 R2 R:

N=\ N-Y N-Y N^ N=(

V R N /N N N R1 N

H

1 2 3 4 5 6

В случае тризамещенных тетразолов возможно существование 1,3-, 1,4- и 2,3-изомеров 7-9.

R'

3

у^Ы p-N

R1 R1 R3 R1

7 8 9

Нейтральные формы тетразола, в том числе 1,5- или 2,5-дизамещенные 1Н- и 2Н-тетразолы содержат в кольце один атом азота пиррольного типа и три атома азота пиридинового типа. Последние, согласно теоретическим расчетам электронной

плотности, электростатического потенциала и NBO-анализа, являются сильными нуклеофильными центрами [2, 27-29].

Ранее квантово-химическим методом B3LYP/6-31G* были рассчитаны заряды на атомах гетерокольца наиболее стабильных форм незамещенного тетразола [27]:

0 138 -0.389 0.267 0.206 -0.254 0.409 0.344

' \ / \ н \ / \ ,н \ ,н

N Ч У N \ У N Н н V \ / V ^

-0.390 | _0;207 .02/ | .0.042 -0.277 | \ 0.072 -0.177 ^ 0.099

-0.207 -0.082 "0.047 0.071

ю 11 12 13 14

Можно заметить, что электронные структуры различных форм тетразола существенно различаются. При этом тетразолатный анион 10 представляет собой высоко симметричную структуру с хорошо делокализованным отрицательным зарядом в гетерокольце. В нейтральных же молекулах 11 и 12 наибольший отрицательный заряд в большей степени локализован на атомах азота N4, и именно по данному атому наиболее эффективно осуществляются взаимодействия с электрофилами. В связи с тем, что в тетразоле 12 атом азота N1 также несет довольно значительный отрицательный заряд, он тоже может взаимодействовать с электрофилами, например, с катионами металлов, образуя устойчивую координационную связь [2].

Необходимо отметить, что тетразольный цикл представляет собой высокоароматическую систему. При этом, ее ароматичность сильно зависит от того, в какой прототропной форме находится тетразол, а также от природы и положения заместителей в гетерокольце [1, 2]. Наибольшей ароматичностью обладает тетразолатный анион 4 и 2,5-дизамещенный нейтральный тетразол 6. Как было показано Ramsden, в случае 2Я-тетразолов высокая ароматичность может быть объяснена значительным выравниванием длин связей, а также однородностью распределения п-электронов. Такая тенденция является общей и для других азолов [30].

Например, в соответствии в расчетами, выполненными по методу Пожарского (ароматичность бензола - 100%, циклопентадиена - 0%), ароматичность тетразольного цикла может меняться от 56% (для тетразолиевых ионов 7-9) до 96% (для тетразолов 4) [27]. Очевидно, что высокая ароматичность тетразольного кольца в значительной степени определяет термическую и химическую стабильность некоторых его форм в сравнении с другими азолами. Например, в случае таутомерных конденсированных пирролотетразолов (15-18), где в нейтральной форме только одно из двух колец может быть ароматическим, только 5Н- и 7Н- формы 17 и 18 являются наиболее предпочтительными по энергии [28]. В таутомерах 17 и 18 тетразольное полукольцо является ароматическим. При этом, заместители у атомов углерода могут значительно изменить ситуацию.

Н м

г=< г=< г? гХ ¿Г

Ч^М-М ^N-N4 ч,___,14—N

1Н 3 Н 5 Н 7 Н

15 16 17 18

Заместитель у атома углерода влияет на величину зарядов на атомах азота, также на дипольные моменты тетразолов [27]. В случае незамещенного тетразола, а также тетразолов, содержащих электронодонорные или слабые электроноакцепторные заместители в положении С5, 1Н-форма является более полярной по сравнению с 2Н-формой. В то же время для 5-нитротетразола, ситуация диаметрально противоположная. По-видимому, данные эффекты и определяют принципиально различную реакционную способность и селективность различных 5-замещенных тетразолов. В случае положительно заряженных ионов тетразолия непротонированные атомы азота также сохраняют способность реагировать с электрофилами, такими как карбокатионы, ионы металлов и т. д. [31, 32].

Пространственная структура тетразолов, их солей и координационных соединений с ионами металлов продолжает оставаться предметом теоретических и экспериментальных исследований. Необходимо отметить, что тетразольное кольцо является плоским как в нейтральной, так и в ионной формах. Длины связей в цикле

находятся в диапазоне от 1.26 до 1.36 А и, как правило, кратчайшей является связь №-N3 [1, 2].

Говоря о структурных особенностях NH-незамеш,енных тетразолов, следует отметить, что в кристаллической форме данные соединения содержат сильные межмолекулярные №Н---Н водородные связи, которые, главным образом, определяют молекулярную упаковку [2]. Так, было показано, что кристаллическая структура незамещенного а-1Н-тетразола с триклинной кристаллической системой, установленная методом РСА, содержит ^1)-Н-^(4) водородные связи длиной 2.804 А, которые обеспечивают образование цепей, связанных между собой С-Н- N взаимодействиями в плоские слои [33].

В случае N1- и №-замещенных тетразолов межмолекулярные водородные связи также оказывают определяющее влияние на формирование и стабилизацию молекулярной упаковки [2]. Как показано на примере 1-галогеноэтил- и 1-арилтетразолов ^ = С1СН2СН2, ВГСН2СН2, 1СН2СН2, 2-нафтил, пиридин-2-ил), С(5)-Н- N взаимодействия играют важную роль в образовании кристаллической упаковки данных соединений. Для 1-(2-хлорэтил)- и 1-(2-бромэтил)тетразолов длина Н - N составляет 2.64-2.66 А [34].

Как отмечалось выше, водородные связи с вовлечением атомов азота тетразольного кольца участвуют в формировании молекулярной упаковки и ответственны за образование трехмерной структуры [1, 2, 35]. Аллен и коллеги, используя теоретические исследования и кристаллографические данные, исследовали характер образования водородной связи в нейтральных тетразолах и тетразолидах с модельными функциональными группами [36]. Конформационный и таутомерный состав тетразол-5-илуксусной кислоты в матрице был изучен экспериментальным (колебательная спектроскопия) и теоретическими методами [37]. Было показано, что в кристаллах это соединение существует исключительно как 1Я-таутомер 19, тогда как в криогенных матрицах азота оно встречается в сопоставимых количествах как в 1Н-, так и 2Н-таутомерных формах 19 и 20 [37].

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Попова Елена Александровна, 2019 год

// ч /

,14. N

гч

N

N

14

N

N

Н

36

38

I

37

В

39

Ранее биологическую активность тетразолов связывали с близостью значений констант OH-кислотности природных аминокислот и NЯ-кислотности тетразольного цикла [40]. Тетразольная система включает, помимо единственного углеродного атома, один атом азота «пиррольного», и три атома азота «пиридинового» типа, которые, могут являться как донорами, так и акцепторами линейной и бифуркационной (многоцентровой) водородной связи. Подобный тип нековалентных взаимодействий играет ключевую роль в образовании прочных фермент-субстратных комплексов [27, 40, 47]. Следует принять во внимание и тот факт, что тетразолы, являясь слабыми основаниями ф^ш < -2) [27, 40], характеризуются относительно высокими значениями констант водородного связывания ф^то 1-2) [41]. Эти данные, в определенной степени, объясняют способность неионизованного тетразольного кольца к образованию устойчивых фермент-субстратных комплексов с участием отдельных атомов и функциональных групп белков-мишеней, например, с каталитическим сайтом циклооксигеназы (COX-2) (Рис. 2) [48].

Рисунок 2. Взаимодействие 1-[4-хлорметилфенил]-5-[4-(аминосульфонил)фенил]-1#-тетразола с остатками аминокислот каталитического сайта циклооксигеназы (COX-2).

Ьтт585 *

Отдельно стоит отметить, что введение тетразольного фрагмента в структуру стероидных гормонов способно существенно повлиять на их биологическую активность [49]. Так, докинг-анализ тетразолсодержащих стероидов 40, 41, показавших высокую активность против раковых клеток нескольких линий, выявил способность тетразольного фрагмента эффективно образовывать водородные связи [50].

Однако, эти преимущества реализуются не во всех случаях. Известны примеры, когда при образовании фермент-субстратных комплексов карбоксильная группа имеет преимущество перед NЯ-незамещенным тетразольным циклом. К такому выводу пришли авторы работы [51] в результате сопоставительного 3D-QSAR анализа молекулы ингибитора полимеразы ВИЧ 42 и аналога 43, содержащей вместо карбоксильной группы тетразольное кольцо.

Карбоксильная группа в данном случае обеспечивает лучшие условия для образования водородных связей с окружающими аминокислотными остатками, чем NЯ-незамещенный тетразольный цикл [51].

Одним из самых известных примеров тетразолсодержащих лекарственных средств является широко используемый в медицине лозартан. Одна из первых трактовок антигипертензивной активности молекулы лозартана дана в работе

Cariш et al [52], цитируемой в фундаментальном обзоре [53]. Согласно этой трактовке, тетразолидный фрагмент, локализованный в орто-положении терминального бензольного кольца, участвует в ион-ионном взаимодействии с катионом, локализованном на одном из атомов поверхностного слоя липофильного кармана АТ1 рецептора ангиотензина II (Рис. 3) [53].

Рисунок 3. Расположение АФИ лозартана в липофильном кармане АТ1 рецептора ангиотензина II.

В дальнейшем с целью поиска новых эффективных лекарственных средств базовая структура лозартана подверглась некоторой структурной модификации. При сохранении бифенилтетразолильного фрагмента были получены более эффективные и селективные соединения, включающие вместо 2-бутил-4-хлор-5-гидрокисметил-имидазола производные пиримидина, бензимидазола или ациклические фрагменты [54-56]. Позднее были получены соединения, в которых подверглось модификации одно из колец бифенилтетразолильной группы 44, 45 (Zolzsartan) [56-60].

С1

шч-м

Завершая настоящий раздел можно отметить, что производные тетразола, как правило, не проявляют выраженной острой токсичности, что является важным аргументом при конструировании молекул новых АФИ и перспективных лекарственных кандидатов. Учитывая широкий спектр различных видов биологической активности тетразолов, принципиально важным представляется проведение детального анализа и обобщение результатов по данной теме.

1.4.1 Гипотензивное действие

Широко известен ряд лекарственных средств - блокаторов (антагонистов) AT1-рецепторов пептидного гормона ангиотензина II (AT1-receptor blockers), регулирующего тонус сосудов, водно-солевой баланс и другие важные физиологические процессы в организме человека. Соединения данного ряда, содержащие в своей структуре бифенилтетразолильный фрагмент, являются высокоэффективными гипотензивными лекарственными средствами, повсеместно используемыми в медицинской практике уже десятки лет. Данным соединениям посвящены сотни оригинальных работ и множество обзоров [1-3, 11].

Первым лекарственным средством на основе бифенилтетразола, который появился в начале 90-х годов прошлого века, был лозартан (losartan, 46) [61]. Было получено также большое количество структурно-схожих соединений, которые обладают высоким фармакологическим эффектом. Часть из таких соединений прошли клинические испытания и применяются в качестве лекарственных средств. Замена неаннелированного хлоримидазольного фрагмента на другие гетероциклические или ациклические группы позволила получить еще более эффективные соединения: валсартан - самое распространенное сегодня гипотензивное средство (valsartan 47), фимасартан (fimasartan 48) кандесартан (candesartan 49), олмесартан (olmesartan 50), ирбесартан (irbesartan 51), pratosartan 52 и некоторые другие [1-3, 67-70].

Няс.

ЬэаКап 46

Н,С

уа1ва11ап 47

Птазаг1ап 48

о1те8а|1ап 50

¡гЬеэаЛап 51

рга1ова11ап 52

Среди аналогичных соединений следует упомянуть также ряд селективных, действующих исключительно на AT1-рецепторы, аналогов лозартана, в которых имидазольный фрагмент заменен на пиримидин-4(3Н)оновый [54]. Самым известным соединением данного типа является fimasartan 48 (ГС50 0.16 нмоль по отношению к АТ1-рецепторам) [66, 67]. Известны соединения аналогичного действия, в которых один из бензольных циклов заменен на гетероциклический фрагмент, как в случае zolsartan 45 [68].

Известен еще один ряд гипотензивных лекарственных средств, действующих по принципиально иному механизму, посредством ингибирования превращения эндотелина 1 - бициклического пептида, обладающего мощным

сосудосуживающим действием (в 10 раз мощнее чем ангиотензин II), в свою активную форму. В этом случае мишенью является эндотелин превращающая Zn-зависимая пептидаза (ЕСЕ-1). Среди таких соединений можно выделить CGS26303 53 (ГС50 0.9 нМ), характеризующийся продолжительным периодом действия и CGS34043 54, обладающее большей, в сравнении с другими сходными по

структуре соединениями, селективностью в отношении ECE-1 (IC50ECE 6 нМ) [69-

Противотромбические средства

Ингибиторы тромбина, применяемые в случае тромбоэмболических заболеваний, относятся к важнейшим средствам воздействия на сердечнососудистую систему. Мишенью многих противотромбозных препаратов являются соответствующие протеазы. Известен ряд производных тетразола, являющихся ингибиторами тромбина. Так, Young и сотр. удалось выявить ряд производных 1-(4-хлорфенил)тетразола, например, соединение 55 (Ki 0.0014 нМ), которые могут рассматриваться как соединения-лидеры [73]. Немного позднее компания AstraZeneca предложила для клинических испытаний близкое по структуре соединение-лидер, содержащее дигидропиразолильный фрагмент AZD8165 56

72].

53

54

[74].

N-N

\ 0

56

CI

Quan и сотр. показали, что некоторые 1-арил- и 1-гетарилтетразолы селективно ингибируют сериновую протеазу fXa, активирующую процесс превращения протромбина в тромбин. Например, для соединения-лидера 57 величина К

составила 0.35 нМ [75]. Антикоагулянтный и антитромбический эффект in vivo был также отмечен для тетразолофталазина 58 [76].

6-[4-(1-Циклогексил-1Я-тетразол-5-ил)бутокси]-3,4-дигидро-2(1Я)-хинолинон 59 (Цилостазол) (Cilostazol) - селективный ингибитор фосфодиэстеразы III - оказывает сосудорасширяющее, антиагрегантое и антитромботическое действие. Цилостазол обратимо угнетает агрегацию тромбоцитов, вызванную различными стимулами, превосходя в этом отношении аспирин, дипиридамол, тиклопидин и пентоксифиллин. Он также ингибирует формирование артериальных тромбов и пролиферацию гладкомышечных клеток, обладает сосудорасширяющим действием. При проведении клинических исследований цилостазола 59 обнаружено снижение сывороточного уровня триглицеридов и повышение концентрации холестерина фракции липопротеидов высокой плотности. Однако поиск новых перспективных антиторомботических средств, содержащих в молекулярной структуре тетразолильный фрагмент, проводится пока не слишком интенсивно. Согласно данным работы [77], 5-[20-(1Я-тетразол-5-ил)-бифенил-4-илметил]-4,5,6,7-тетрагидротиено-[3,2-с]пиридин 60, который является биоизостерическим аналогом 40-(6,7-дигидро-4Я-тиено[3,2-с]пиридин-5-илметил)-бифенил-2-карбоновой кислоты проявляет выраженную in vivo активность как ингибитор агрегации тромбоцитов (38%), сопоставимую с эталоном - клопидогрелом (clopidogrel) (39%).

nh2

58

57

1.4.2 Антибактериальное действие

В последние два десятилетия появилось значительное количество статей, посвященных синтезу и исследованию антибактериальных свойств различных классов соединений, содержащих в своей структуре тетразолильный фрагмент, многие из которых нами были описаны в обзоре [3]. Неослабевающий интерес к таким соединениям обусловлен, прежде всего, высокой противомикробной активностью (не меньшей, а в ряде случаев выше, чем у стандартных антибиотиков) таких веществ по отношению к различным штаммам патогенных бактерий [1, 3, 78]. При этом, для получения высокоактивных соединений подвергаются химической модификации известные антибиотики различных классов (Р-лактамы, макролиды и др.), а также эффективным оказывается синтез новых N1, N2 и С5-замещенных тетразолов с антибактериальными свойствами.

1.4.2.1 Тетразолсодержащие антибиотики цефалоспориновогоряда

Введение в структуру 7-аминоцефалоспорановой кислоты различных заместителей, включающих гетероциклические фрагменты, известный и широко применяемый подход при разработке эффективных антибиотиков [79]. Среди тетразолсодержащих антибактериальных средств можно выделить целый ряд полусинтетических антибиотиков цефалоспоринового ряда с широким спектром действия. Например, антибиотики первого поколения кефзол (цефазолин, cefazolin) (61) и его деметилированный аналог цевтезол (сейе7о1е, 62) содержат в качестве заместителя тетразол-1-илацетамидный фрагмент в Р-лактамном цикле [3]. Данные лекарственные средства, подобно другим Р-лактамным антибиотикам, оказывают ингибирующее действие на синтез бактериальной клеточной стенки и активны в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий,

преимущественно аэробов [79]. Эти первые представители данного ряда соединений 61 и 62 и по сей день продолжают использоваться в ветеринарии [3, 80-83].

СООМа N1-

62

Известен ряд полусинтетических антибиотиков различных поколений, в которых тиазиновый фрагмент содержит 1-метил-1Я-тетразол-5-илтиометильного остаток: первого поколения цефазафлур (сейагаАиг, 63), второго поколения - цефоницид (сеАэшшё, 64) и цефамандол (сefamandole, 65), третьего поколения - цефменоксим (сейтепохте, 66), цефпирамид (cefpiramide, 67) и цефбуперазон (сейЬирегагопе, 68) [3, 84-89].

63

СООМа ^-м'

О

ур-М^

N

N

Н2М^

СООМа 65

М'

,0

н

СООМа М-^' 66 х

ОН

67

СОО№ М-м'

Было показано, что присутствие тетразолтиольного фрагмента в боковой цепи цефалоспорина 69 ингибирует ферментативную активность металло-Р-лактамаз (тр1), катализирующих разрыв Р-лактамного цикла. В процессе гидролиза происходит отщепление тетразолтиольного фрагмента (Схема 7). Образующийся при этом 1-метил-1,4-дигидро-5Я-тетразол-5-тион эффективно ингибирует действие лактопероксидазы в процессах иодирования [90]. Кроме того, несмотря на быстро протекающий процесс тиол-тионового таутомерного превращения, такие тетразолтионы являются эффективными лигандами, связывающими катионы цинка(П) металло-Р-лактамаз через атомы серы [91, 92].

Также эффективным оказалось введение в структуру антибиотика 1-(2-диметиламино)этил-1Я-тетразол-5-илтиометильного {цефотиам (сеАэйат, 71)} и 1-карбоксиметил-1Я-тетразол-5-илтиометильного {цефоранид (сейэгатёе, 72)} фрагментов [86, 93].

Схема 7

н,м

мн2

Г Н

0

О г Г „м

СОО№ М~м 72 ^

СООН

Антибиотики цефотетан (cefotetan, 73), цефметазол (cefmetazole, 74) и цефминокс (cefminox, 75) относятся к группе цефамицинов, которая, как известно, характеризуется наличием в Р-лактамном цикле метокси-группы и повышенной устойчивостью к различным типам Р-лактамаз [79, 94, 95].

согмн2

№000

и р-

О^ОМа

73

74

СООМа ^--м'

Н Он МН2 о

но О

^УЧ 0Ме

75 СООМа /М-м но/ ^

-М

в')

;— N

С02н М" , ^ " N

latamoxef 76

В структуре антибиотика третьего поколения латамоксефа (latamoxef 76) помимо 1-метилтетразол-5-ильный фрагмента и тиазиновая группа замещена на оксазиновую [96].

Известны примеры успешного использования металлокомплексов, содержащих в качестве лигандов тетразолсодержащие полусинтетические антибиотики [3, 97]. Так, Chohan и др. использовали антибиотик кефзол в качестве лиганда (Ь) в синтезе комплексов ML2Cl2 и MLCl {М = Си(11), Со(11), Ni(II), 7п(П)}. Во всех случаях координационные соединения проявили более сильный

антибактериальный эффект по сравнению со свободным лигандом в отношении штаммов бактерий S. aureus, E. coli, P. aeruginosa, K. pneumoniae и P. Mirabilis. При этом, комплексы, содержащие в своей структуре две молекулы кефзола (ML2CI2) обладали более сильными антибактериальными свойствами, чем комплексы состава MLCl [83].

Однако комплексы с ионами переходных металлов не всегда обоадают большей активностью, чем свободные лиганды. Так, комплекс [№(цефазолин)(сульфотиазол)Н20] проявил меньшую антибактериальную активность по сравнению с некоординированным цефазолином [97].

Комплекс [ZnL(H2O)2][PF6] с участием соединения 77 показал более значительный противомикробный эффект по сравнению с цефазолином и лигандом [98]. Авторами работы [98] показана зависимость проницаемости через клеточную мембрану и антибактериальной активности комплексов от типа металла.

1.4.2.2 Тетразолсодержащие макролиды

Макролидные антибиотики, нарушающие синтез бактериальных белков, широко используются с 1950-х годов XX века для клинического лечения различных инфекционных заболеваний [99-101]. Было показано, что введение тетразола в макролид может не только повысить антибактериальную активность, но и улучшить фармакокинетический профиль антибактериального средства [99].

В работе [99] из кларитромицина были получены его тетразолсодержащие аналоги 78. Все синтезированные соединения были исследованы in vitro в

сн3

77

отношении грамположительных (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis) и грамотрицательных патогенов (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli). Показано, что данные макролиды обладают значительной антибактериальной активностью. Например, соединение, с боковой цепью из 3-х C^-групп (n=1) и 1-метил-1Я-тетразол-5-илтиольным заместителем показало наилучшую активность в отношении нескольких штаммов c МИК, мкг/мл: <0.625 (Staphylococcus aureus ATCC 25923), 0.125 (Staphylococcus aureus ATCC 6538), 16.0 (Pseudomonas aeruginosa ATCC 1317), 8.0 (Escherichia coli ATCC 8739).

78

/

Аналогичные результаты были получены для макролидов, содержащих 5-арилтетразолильные фрагменты [102].

1.4.2.3 Тетразолсодержащие псевдонуклеозиды

В ряде работ описаны тетразолсодержащие псевдонуклеозиды 79-85, содержащие гетероциклические фрагменты и углеводные остатки (Э-глюкозу, Э-галактозу, Э-маннозу, Э-глюкопиранозу и др.), обладающие умеренной антибактериальной активностью в отношении некоторых штаммов бактерий

(Bacillus subtilis, Streptococcus lactis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli и др.) [103-105].

HN-N

N-N

V

N-N

V

n = 1, 2

N, ^ HN-N^ N-N4 / R

82

О

R = углеводный остаток

N

N'Nx

83

Ac

N-N

V

-R

R = H, Ac

1.4.2.4 Аналоги стероидов

Данные по противомикробной активности тетразолильных аналогов терпенов и стероидов весьма ограничены. Стоит отметить работу [106], в которой была исследована антибактериальная активность тетразолсодержащего аналога стигмастерина 86 по отношению к некоторым грамположительным и грамотрицательным штаммам бактерий. Наибольшую активность данное соединение проявило в отношении C. Xerosis (МИК 0.078 мг/мл) и P. vulgaris (МИК 0.019 мг/мл).

N

86

1.4.2.5 Биарилтетразолы

Оксазолидиноны - класс синтетических антибактериальных средств, ингибирующих синтез бактериальных белков, препятствующих связыванию комплекса аминоацил-тРНК с А-сайтом рибосомы [107]. Самым известным тетразолсодержащим представителем данной группы является тедизолид 87 [108].

Высокую антибактериальную активность проявил DA-7867 (88) в отношении грамположительных бактерий, включая метициллин-резистентные Staphylococcus aureus, пенициллин-резистентные Streptococcus pneumoniae и ванкомицин-резистентные Enterococcus [109].

Целый ряд производных 3-(3-фтор-4-(6-(2-метил-2Я-тетразол-5-ил)пиридин-3-ил)фенил)оксазолидин-2-она 89 с различными заместителями в С5 положении оксазолидинонового цикла были синтезированы, а также изучены их антибактериальные свойства в отношении метициллин-резистентных Staphylococcus aureus (MRSA) и ванкомицин-резистентных бактерий Enterococcus (VRE) {МИК от 0.12 до 2.0 мг/мл}, а также против Haemophilus influenza (Hi) {МИК от 2.0 до 8.0 мг/мл } [109]. Из них наиболее перспективными являются соединения, содержащие в качестве заместителя гидроксильную или 1,2,3-триазолильную

о

87

DA-7867

88

группы, которые оказались более активными, чем линезолид как in vitro, так и in vivo.

Значительное противомикробное действие по отношению как грамположительным (E. Faecalis, S. Aureus, S. pneumoniae), так и некоторым штаммам грамотрицательных (H. influenzae) бактерий показали также (2-оксооксазолидин-5-ил)метилацетамиды 90, содержащие в качестве заместителей тетразол-1-ил- и тетразол-2-илметил-2-фтор-бифенильные фрагменты [110].

Авторами работы [111] показано, что производные мочевины и тиомочевины, содержащие фрагмент 2'-(Ш-тетразол-5-ил)бифенил-4-ил)метанамина 91, проявляют антибактериальную активность в отношении Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli.

Стоит отметить, что бифенил тетразол-тиазолидиндионы 92 являются перспективными ингибиторами бактериального фермента пептидилдеформилазы (pdf) и проявляют антибактериальную активность в отношении E. coli и B. subtilis, сопоставимую с ципрофлоксацином [112].

89

R = ОН, F, ОМе, NHCH3, N(CH3)2, NHCOCH2OMe, NHCOCH2OH,

X = O, S; R = H, R' = 4-CI, 4-F, 4-Br, 4-N02; R = 4-CI, R' = 3-CF3; R = 2-CI, R' = 4-CI; R = 2-CI, R' = N02

1.4.2.6 Тетразолсодержащие комплексные соединения

Отдельного внимания заслуживают комплексы переходных металлов, содержащих в своей структуре тетразолы в качестве лигандов и обладающие антибактериальной активностью. Некоторые из них уже были освещены выше.

Bharty и соавт. исследовали антибактериальную активность комплексов [Mn(ptt)2(en)2], [Ni(ptt)2(en)2], [Cu(pttMenh], [Zn(ptt)2(en)], [Hg(ptfh(en)], [Cd(ptt)2(en)2], [Cd2(^-ptt)2(ptt)2(bpy)2] и [Co(phen)3](ptt)2, полученных из 1-фенил-1Я-тетразол-5-тиола (Hptt) и en/bpy/phen в качестве солигандов. Показано, что данные комплексы активны в отношении бактерий Salmonella typhi (MTCC 3216), Shigella flexneri (ATCC 2022), Staphylococcus aureus (ATCC 5323), Enterococcus faecalis на уровне антибиотиков стрептомицина сульфата и неомицина сульфата [113]. При этом установлено, что из всех изученных соединений комплекс меди(П) 93 обладает наиболее сильным противомикробным действием. Авторы объясняют данное обстоятельство синергитическим действием лиганда и металла.

Комплекс висмута^) [BiPh(1-MMTZ)2{1-MMTZ(H)}2] {1-MMTZ(H) - 1-метил-Ш-тетразол-5-тиол} обладает значительной активностью против бактерий S. aureus, MRSA, M. smegmatis, VRE, E. faecalis с МИК <3.34 мкМ [114].

В работе [115] описаны тетразолсодержащие комплексы Ir(III). Авторы отмечают, что тетразолатные комплексы оказались неактивными, однако, комплексы 94 и 95, в состав которых входит нейтральный 2-метил-5R-тетразол показали высокую антибактериальную активность в отношении непатогенных грамположительных бактерий Deinococcus radiodurans [МИК 4 мкг/мл (94), 1 мкг/мл (95)], которые обладают повышенной резистентностью к радиации, оксидативному стрессу и повреждениям ДНК.

93

1.4.2.7Другие тетразолы с антибактериальной активностью

В ряде работ показано, что соединения, в которых одновременно присутствуют несколько различных гетероциклических фрагментов, могут проявлять различные виды биологической активности, в том числе антибактериальную [116-120]. Например, соединения 96, в которых одновременно присутствуют тиофенильный, пиразолильный и тетразолильный фрагменты оказались активны в отношении E. Faecalis, S. Aureus, E. Coli и P. Auregenosa, а также проявили заметный противовоспалительный эффект [116].

Тетразолсодержащие производные тиенопиримидина 97, а также пиримидотиенопиримидина 98, 99 проявили антимикробное действие по отношению к грамположительным Bacillus cereus и Staphylococcus aureus, а также грамотрицательным бактериям Pseudomonas aeruginosa и Esherichia coli [121]. При этом, наибольшую активность проявил пиримидотиенопиримидин 99 (R = OEt).

Ar = Ph, 4-CI-Ph, 4-Br-Ph;

R = H, CI, Br, OMe R = 0Et. P-CH30-Ph-NH

В работе [122] получен ряд гибридных тетразолсодержащих производных ципрофлоксацина 100, а также пипемидовой кислоты 101. Биологические исследования показали, что соединения 100 и 101 активны в отношении E. Coli, B. Subtilis, B. Megaterium, M. Luteus, S. Typhi и P. Aeruginosa, при этом, производные ципрофлоксацина 100 оказались значительно активнее, чем производные пипемидовой кислоты 101.

о о N^Y^Y^oh

N'% ° 100 N-% О

101

OCH3

R = Et, Ph, Bn, 4-Br-Ph, 4-CF3-Ph, —F ' —

F F OCH3

Стоит также отметить производные тетразоло[1,5-а]хинолинов, активных в отношении различных штаммов микроорганизмов [123]. Например, а-гидроксифосфонаты и а-ацетоксифосфонаты, производные тетразоло[1,5-а]хинолинов 102, действуют в отношении грамположительных Bacillus subtilis и грамотрицательных Escherichia coli [124].

Производные трифторметилтетразоло[1,5-а]пиримидина 103 заметно ингибировали рост как грамположительных бактерий {S. aureus, methicillin-resistant S. aureus (MRSA), E. Faecalis, Bacillus subtilis и vancomycin-resistant enterococci (VRE)}, так и грамотрицательных {Klebsiellapneumonia} с МИК 3.91— 31.25 мкг/мл [125].

0R4

R

N

N

N

102

103 F F F

R-, = H, Me, OMe, OEt R2 = H, Me, OMe R3 = H, Me, OMe, Et R4 = H, Ac

R = Br, I

5-Оксо- и 5-тио-производные 1,4-дизамещенных тетразолов 104-108 действуют на грамотрицательные (Escherichia coli, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa) и грамположительные бактерии (Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis) с МИК в диапазоне 0.2-37 мкг/мл [126].

Алкил- и арилсульфанилтетразолы, содержащие дитиокарбаматный фрагмент были исследованы на противомикробную активность. Показано, что включение данного фрагмента приводит к усилению антибактериального действия. Среди тестируемых соединений наибольшую антибактериальную активность показал тетразол 109 c МИК: 0.78 мкг/мл (Staphylococcus aureus), 1.56 мкг/мл (Escherichia coli), 3.12 мкг/мл (Salmonella typhi), 6.25 мкг/мл (Pseudomonas aeruginosa) [127].

N=N

Ph

107

108

X = O, S; R = H, Ac, Bn

N=N

V1

109

Некоторые производные сульфанилтетразолов, содержащие в своей структуре триметилсилильные фрагменты также показали противомикробное действие, однако менее выраженное, чем содержащие дитиокарбаматный фрагмент [128].

В работах [129, 130] установлено, что соединения 110, 111 являются ингибиторами бактериальной сериновой протеазы ClpXP, которая является важнейшим ферментом, регулирующим протеолиз белков у многих видов бактерий. Таким образом, тетразолы 110, 111 эффективно нгибировали рост бактерий (Bacillus anthracis Sterne, S. aureus и др.) [129, 130].

Dai и сотр. показали, что введение тетразолильного фрагмента в структуру молекул третичных аминов, содержащих фенильные и бензильные заместители, приводит к значительному увеличению антибактериальной активности. Наиболее высокую противомикробную активность проявило соединение 112 в отношении грамположительных (Staphylococcus aureus ATCC25923, Methicillinresistant Staphylococcus aureus N315, Bacillus subtilis ATCC6633, Micrococcus luteus ATCC 4698) и грамотрицательных бактерий (Bacillusproteus ATCC13315, Escherichia coli DH52, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853, Shigella dysenteriae ATCC51252) с МИК 16-32 мкг/мл [131].

ci

X = NH, О; Y = S02, СО; R = N(CH3)2, N(CH2CH2)20, N(CH2CH2)2CH2

Авторы публикации [132] предположили, что одновременное присутствие в молекуле таких фармакофорных фрагментов, как флавон и тетразол вместе со фтором должно привести к усилению биологической активности. В связи с этим, были синтезированы и исследована антибактериальная активность тетразолов 113 в отношении бактерий Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa. Противомикробное действие данных тетразолов 113 оказалось сопоставимым с активностью стрептомицина и миконазола.

Заметную антибактериальную активность показали 5-(R,R-гидразоно(нитро)метил)-1 -метил- 1Я-тетразолы и 5-^Д-гидразоно(нитро)метил)-2-метил-2Я-тетразолы 114 в отношении бактерий Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, E. coli, P. aeruginosa и Micrococcus [133].

Сибирская язва - особо опасная инфекционная болезнь, возбудителем которой является грамположительная Bacillus anthracis. Показано, что 3-хлор-Ы-(1-пропил-1Я-тетразол-5-ил)бензамид KKL-55 115 оказывает бактерицидное действие в отношении B. anthracis (МИК 6.6 мкг/мл, IC50 = 4.8 мкг/мл). Введение флуоресцирующего фрагмента в KKL-182 116 не оказало значительного влияния на противомикробную активность (МИК = 6.3 мкг/мл, IC50 = 4.3 мкг/мл, MBC = 12.5 мкг/мл) [134, 135].

R

1,1 114

R1 = Н, Me, CI; R2 = Н, Me; R3 = H, Me,CI R = CH3, Ph, 4-CH3-Ph, Bn, 4-N02-Ph 113

112

CI

N

/

\

KKL-55

KKL-182

115

116

Туберкулез является одним из тяжелейших инфекционных заболеваний, вызываемым различными видами микобактерий. В ряде работ показано, что некоторые производные тетразола оказались весьма активными в отношении данных микроорганизмов. Так, производные арилиден-роданины обладают широким спектром биологической активности в том числе противотуберкулезной. В работе [136] синтезированы тетразолохинолин-роданины, из которых соединение 117 оказалось наиболее активным в отношении Mycobacterium tuberculosis (MTB) H37Ra и M. bovis BCG с МИК 4.5 мкг/мл и 2.0 мкг/мл, соответственно. Более активны в отношении Mycobacterium tuberculosis оказались тиазолон-пиперазин-тетразолильные производные 118 (МИК = 3.08, 3.01, 2.62 и 2.51 мкИ), в сравнении со стандартными противотуберкулезными препаратами этамбутол (MIC = 9.78 мкЭД и пиразинамид (MIC = 101.53 мкМ) [137].

118

R = lBu, cyc/o-hexyl

117

R- = 4-F-Ph, 4-CH30-Ph, Fe

В тоже время, тетразолильные производные хинолина не проявили заметную противотуберкулезную активность, кроме соединений 119, которые ингибировали

рост бактерий Mycobacterium tuberculosis H37Rv штамм MABA (МИК 92.5 мкЫ (R = пиперидин-1 -ил)) и штамм LORA {МИК 123.2 мкЫ (R = N(CH2CH3b)} [138].

Значительной противотуберкулезной активностью обладают сульфонамид тетразолильные производные 120. Некоторые из этих соединений действуют на Mycobacterium tuberculosis H37Rv с МИК 1.56 мкг/мл [139].

МеО

119

R = N(CH2CH3)2, пиперидин-1-ил

R1 ОН N^, I N

n=n 120

R1 = F, CI; R2 = Ph, 4-CH3-Ph, 4-F-Ph, 4-Br-Ph, 4-CH30-Ph, 4-N02-Ph, 4-'Bu-Ph, 4-CF30-Ph, 5-бромтиофен-2-ил

Активность серии трициклических пирроло[3,2-е]тетразоло[1,5-с]пиримидинов 121, 122 была исследована in vitro в отношении Mycobacterium tuberculosis (MTB) H37Ra. Данные соединения проявили антимикобактериальную активность с МИК в диапазоне от 0.09 до >30 мкг/мл [140].

N-N N-N

R = alkyl, aryl

Высокую противотуберкулезную активность и селективность действия показали 1-замещенные 5-[3,5-динитробензил)сульфанил]-1Я-тетразолы и их окса- и селениевые аналоги 123 ш значениями МИК, не превышающих 1 мкЫ (0.36-0.44 мкг/мл) в отношении Mycobacterium tuberculosis CNCTC My 331/88 и 0.25-1 мкИ^ в отношении 6-ти резистентных, клинически изолированных штаммов M.

Tuberculosis [141]. Кроме того, весьма активными оказались 1- и 2-алкил-5-[(3,5-динитробензил)сульфанил]тетразолы и их селеновые аналоги 124, некоторые из них показали очень высокую антимикобактериальную активность с МИК 0.03 мкМ в отношении Mycobacterium tuberculosis CNCTC My 331/88. Стоит отметить, что 2№замещенные региоизомеры тетразолов проявляют более высокую антимикобактериальную активность, а также менее токсичны in vitro по отношению к клеточной линии млекопитающих по сравнению с Nl-замещенными тетразолами [142, 143]. Кроме того, авторы работы [144] отмечают, что N-бензилпиперазин, содержащий 2-пропил-5-(3,5-динитрофенил)тетразол-2-ильный фрагмент, а также его дигидрохлорид 125 обладают значительной активностью в отношении Mycobacterium tuberculosis CNCTC My 331/88 (H37Rv) (МИК 1 мкМ).

1.4.2.8 Ингибиторы р-лактамаз

В связи с постоянно растущей резистентностью бактерий к антибиотикам, в том числе из-за активного действия лактамаз, разработка биологически активных веществ, способных ингибировать действие Р-лактамаз и эффективно восстанавливать активность Р-лактамов является актуальной задачей. При этом такие ингибиторы могут и не проявлять заметного антибактериального эффекта, однако, они должны повышать эффективность действия непосредственно самих антибиотиков [145, 146]. Особенно большая проблема связана с действием бактериальных металло-Р-лактамаз [147]. Было показано, что бифенилтетразолы являются весьма эффективными ингибиторами металло-Р-лактамаз [92]. Так, бифенилтетразолы 126-131 проявили значительную ингибирующую активность в отношении металло-Р-лактамазы 1С5о (мкМ): 3.5±0.4, 1.8±0.4, 1.9±0.2, 6±1,

X = S, SO, S02 О, Se; R = alkyl, aryl 123

X = S, Se; R = alkyl, aryl; n = 1-4 124

125

0.30±0.02, 0.4±0.1, соответственно. Совместное использование некоторых бифенилтетразолов с антибиотиками (имипенема, пенициллина G, рифампицина) против имипенем-устойчивых бактерий В. Ета^Шя CLA 355 привело к синергетическому эффекту. Более того, бифенилтетразолы обладают определенной селективностью, практически не действуя на дегидропептитазу I ^НР-1) [92].

Genovese и др. показали, что производное 2-карбокси-4-сульфамоилтиофена 132, содержащее 5-бензилтетразолильный фрагмент, оказалось эффективным ингибитором ß-лактамаз AmpC {хромосомные или плазмидно-кодированные цефалоспориназы} K 1.6 мкМ. Кроме того, совместное использование соединения 132 с антибиотиком третьего поколения цефтазидимом (CAZ) приводит к синергизму и усиливает действие CAZ в отношении P. aeruginosa 199 с МИК от 125 до 31.25 мкг/мл [148].

Одним из самых распространенных типов ß-лактамаз широкого спектра является тип CTX-M, обладающий повышенной активностью против цефалоспоринов третьего поколения, таких как цефотаксим. Тетразол 133 проявил значительную активность в отношении всех основных подгрупп CTX-M, включая

но

Ж N NH

130

131

CTX-M-9 (K 0.089 мкМ), CTX-M-14 (K 0.085 мкМ), CTX-M-15 (K 0.25 мкМ), CTX-M-14 S237A (Ki 1.23 мкМ) а также проявил ингибирование в отношении некоторых других ß-сериновых лактамаз [149].

1.4.3 Противогрибковая активность

Известен ряд перспективных производных тетразола, обладающих выраженным противогрибковым эффектом. Так, соединение TAK-456 134, в молекуле которого присутствуют 1,2,4-триазольный и тетразол-1-ильный фрагменты, обладает сильным действием по отношению к Candida spp., A. fumigatus, и Cryptococcus neoformans [150]. Hoekstra et al синтезировали и исследовали противогрибковую активность тетразолсодержащие аналоги вориконазола и итраконазола, при этом наиболее эффективным в отношении C. albicans-CYP51 и обладающим к тому же высокой селективностью действия оказалось соединение 135 (VT-1161) с Kd < 0.039 мкИ^ [151]. Как сообщают авторы статьи, это соединение по ряду критериев превзошло эталон (итраконазол), а также успешно прошло 1-ю фазу клинических испытаний. Продолжая поисковые исследования в данном направлении, эта же научная группа опубликовала недавно статью [152], в которой изучены структурные аналоги соединения 135, содержащие в молекуле этинильный спейсер, разделяющий пиридиновый цикл и фенильное кольцо. Таким образом, было получено соединение 136 (VT-1598), которое оказалось еще более эффективным в отношении A. fumigatus-CYP51 (Kd = 13 nM). В развитие данного научного направления Yang et al [153] синтезировали и исследовали противогрибковую активность большой серии соединений, содержащих в молекулярной структуре тетразол-1-ильный и 4-пиридинил-1,2,4-триазол-3-оновый фрагменты. Большинство изученных соединений проявили

132

133

выраженную активность против Candida spp и Cryptococcus neoformans. Два представителя данного ряда - соединения 137 оказались более активны против Microsporum gypseum в сравнении с соединением 135 (VT-1161) [153]. Kathiravan et al. синтезировали и исследовали противогрибковую активность в отношении Candida albicans, Aspergillus niger и Glide Score (G) 16 производных фенил(2Я-тетразол)метиламина [154]. Показано, что 4-метил-Ы-(фенил(2Я-тетразол-5-ил)метил)анилин 138, активен против C. albicans (500 мкг/мл) и Aspergillus niger (750 мкг/мл).

Исследована активность двух серий тетразолсодержащих производных хинолина против A. fumigatus и C. Albicans [155]. Показано, что хинолины 139 и 140 проявляют весьма высокую in vitro активность по отношению к указанным выше грибковым штаммам.

Новые тетразолсодержащие производные аминопиримидина - 4-(4-(1Я-тетразол-1-ил)арил)-6-фенилпиримидин-2-амины синтезированы и исследованы Vembu et al. [156]. Для соединений 141 найдена максимальная противогрибковая in vitro активность. Показано, что противогрибковая активность сопоставима с флуконазолом МИК 0.16-25 мг/мл в отношении C.albicans, S. Cerevisiae, A. Niger и A. Fumigatus. Те же авторы показали, что соединение 142 существенно превосходит флуконазол с MIC (мг/мл): C. Albicans <0.16, S. griseus 1.25, A. niger <0.16, A. fumigalis <0.16, M. ruber 10 [157].

Сообщается о (±)-1-[5-(2-хлорфенил)-2Я-тетразол-2-ил]пропан-2-ил ацетате 143 как о возможном представителе противогрибковых средств нового поколения [158]. Соединение 143 в индивидуальном виде эффективно и селективно ингибирует рост Candida albicans при относительно невысокой цитотоксичности (MFC=0.03 мг/мл, СС14 = 256 мг/мл). В статье [159] описаны производные C25-deoxyenfumafungin, проявляющие выраженную противогрибковую активность, например, соединение 144.

HO Vh3 9

^Л /=\

F. F

N

-N

134 (TAK-456) 'I

N HO* F

136 (VT-1598)

135 (VT-1161)

F

Недавно, в продолжении исследований, выполненных в 2014 году, Vembu et al сообщили об успешном синтезе полиядерных соединений, сложного строения, содержащих в молекулярной структуре тетразольные и триазиновые фрагменты. Наиболее перспективными в плане противогрибковой активности оказались соединения 145, для которых значения МИК 0.16-0.625 мг/мл оказались сопоставимы с флуконазолом [160].

Gamez-Montano et al. выполнили исследование in vitro противогрибкового действия для тетразолилхромонов 146, которые оказались активны в отношении

патогенных грибов (Sporothrix schenckii, Candida albicans, and Candida tropicalis) [161].

5-Нитротетразол, 5-тринитрометилтетразол и их производные, которые являются высокочувствительными энергетическими соединениями [1, 2], проявили активность против Candida albicans, Microsporum canis и Trichophyton rubrum .[162] Заметную активность в отношении Aspergillus Flavus проявили соединения 147 и 148 [131, 163].

R-j—Н, R2-Н, R3 —

N=N

N\,N-Bu-f

145

—N О , R4 =Н; Ri=H, R2=OH, R3= -VF ' R4-H'

Cl

N=N

о o-

147

N

■"7

148

H

N

\ >

n-n

о

R

149

R = H, CH3, OCH3, CI, Br, F, N02

1.4.4 Противовирусная активность

В настоящее время тетразольный фармакофорный фрагмент активно используется в молекулярном дизайне и синтезе перспективных противовирусных агентов [3, 25]. Стоит отметить, что данный фрагмент применяется как для модификации природных соединений (пептиды, нуклеозиды, терпены), так и в синтезе гибридных молекул, содержащих другие фармакофорные фрагменты (адамантильный, индолильный и др.), которые взаимно усиливают противовирусную активность [3].

1.4.4.1 Тетразолильные аналоги и производные природных соединений

В обзорах [3, 11] показано, что модификация структуры аминокислот и пептидов посредством введения тетразолильного фрагмента может привести к получению веществ с выраженной противовирусной активностью (например, ингибиторов протеазы вируса гепатита С). Пептидомиметики 150, содержащие негидролизуемый 1,5-теразолдиильный фрагмент проявили активность в отношении протеазы ВИЧ (для R1 = H, R2 = Ile-Val-OMe IC50 18 мкМ) [164, 165].

Перспективным является также подход, связанный с введением азотистых гетероциклов в структру природных терпеноидов, обладающих противовирусной активностью. Показано, что значительную противовирусную активность (SI 26) в отношении вируса гриппа А H1N1 проявляет даммарановый тритерпеноид 151

[166].

.о

150

151

Одними из наиболее эффективных лекарственных средств, действующих на вирус иммунодефицита человека, являются аналоги нуклеозидов. Так,

тетразолсодержащий аналог нуклеозида 152 проявил активность в отношении ВИЧ-1, сопоставимую с действием азидотимидина {EC50 0.240 mkM (для соединения 152), 0.150 mkM (для АЗТ)}, который является известным ингибитором обратной транскриптазы ВИЧ [167]. При этом, стоит отметить, что токсичность тетразолильного нуклеозида 152 значительно ниже аналогичного 1,2,3-триазолильного производного с CC50 130 mkM и 8 mkM соответственно.

Интеграза ВИЧ-1 является одной из основных мишеней при разработке лекарственных средств против СПИДа, действующих посредством ингибирования данного фермента. Известно, что L-цикориевая кислота является ингибитором действия данного фермента [168]. Производные L-цикориевой кислоты, содержащие два тетразол-5-ильных фрагмента вместо карбоксильных групп проявили наномолярную активность в отношении ВИЧ-1 LAI, при этом, наиболее перспективным из них является соединение 153 (EC50 = 0.06 мкМ), показавшее более значительную активность по сравнению с L-цикориевой кислотой (EC50 = 0.81 мкМ) [169].

1.4.4.2 Другие тетразолы с противовирусной активностью

Известно, что производные тетразолов, содержащих адамантильный фрагмент, проявляют значительную активность в отношении вируса гриппа А [170]. Так, при исследовании активности ди-, три- и тетразолильных производных адамантана в отношении резистентного к римантадину вируса гриппа штамма А/Пуэрто Рико/8/34 установлено, что производные тетразола обладают самой высокой вирус ингибирующей активностью. При этом, некоторые из данных

F

НО

он

тетразолов проявляют более сильную противогриппозную активность, чем используемые в настоящее время лекарственные средства, такие как римантадин и его производные, и, в тоже время, являются менее токсичными [170]. В целом, антивирусная активность 1-адамантилтетразолов выше, чем их 2-адамантильных изомеров. Стоит отметить, что для таких соединений в некоторых случаях достигает очень высоких значений, например, для производного этанамина 154 = 50, а в случае серосодержащего тетразолильного производного 155 = 75.

Селиверстовой и др. описана серия 2-(адамантан-1-ил)-5-арил-2Я-тетразолов 156 [171]. Показано, что некоторые адамантилтетразолы проявили высокую ингибирующую активность в отношении вируса гриппа штамма А/Пуэрто Рико/8/34 с 1С50: 0.6 мкг/мл (Аг = РИ), 5 мкг/мл (Аг = 2-МеСбН4), 2 мкг/мл (Аг = 3-МеСбН4), 2 мкг/мл (Аг = 2-С1СбН4).

s

-Ad

O^ 156

C,H

2n5

1 __ Ar = Ph, 2-MeC6H4, 3-MeC6H4, pyridin-4-yl, pyridin-2-yl,

154 4-CF3C6H4, 3-CF3C6H4i 2-CIC6H4, 4-CIC6H4i 4-02NC6H4

Было установлено, что производное 7-(2Я-тетразол-5-ил)-1Я-индола 157 является мощным ингибитором ВИЧ-1 JRFL (EC5o = 0.034 нМ, CC5o = 245 мкМ). Кроме того, соединение 157 показало наномолярную активность против М- и Т-тропных штаммов вируса {EC50 = 0.37 нМ (М-тропный Bal), EC50 = 6.38 нМ (T-тропный BRU)} [172-174].

Известно, что арил а,у-дикетокислоты являются ингибиторами NS5B-полимеразы, которая является одной из основных мишеней для лечения вируса гепатита С (HCV). Показано, что тетразол 158 проявил данную активность (EC50 9.2 мкМ), однако, несколько меньшую по сравнению с 1,2,4-триазолильными производными.

1.4.5 Противовоспалительное действие

Системные исследования противовоспалительных свойств 1,5-дизамещенных тетразолов как ингибиторов циклооксигеназ (COX) выполнены в последние годы Al-Hourani et al. COX - группа ферментов, участвующих в синтезе простагландинов, простациклинов и тромбоксанов. COX - существуют в двух различных изоформах, конститутивной (COX-1) и индуцированной (COX-2) [175]. Ингибирование COX-2 рассматривается как один из основных механизмов противовоспалительной активности нестероидных противовоспалительных средств [176].

1,5-Дизамещенные тетразолы (159-162), проявили ингибирующую активность по отношению к COX-2.

R= Н, Me, ОМе, CI, F, CF3, N(Me)2

Показано, что ингибирующая активность 1,5-диарилтетразолов зависит от природы и положения заместителей в бензольных кольцах [177]. Для некоторых соединений величина ГС50 оказалась ниже 1.5 мкМ при относительно высокой селективности ингибирующего действия (SI=COX-2/COX-1) [178-180].

Lamie et al синтезировали несколько рядов полиядерных гетероциклических соединений, содержащих в молекуле тетразольные фрагменты [181]. В результате

комплексного исследования, включающего молекулярный докинг, а также in vitro и in vivo тестирования выявлены наиболее перспективные ингибиторы COX-1 и COX-2: 163-166. Показано, что противовоспалительная активность некоторых представителей этих рядов соединений сопоставима с известными лекарственными средствами (celecoxib, diclofenac и indomethacin) [181].

n=n

163, 164

163: R=OH; Ar=C6H5, 3-C5H4N, 4-OMeC6H4, 4,4-(Me2)NC6H4, 3,4-(OMe2)C6H3, 3,4,5-(OMe)3C6H2.

164: R=NH2; Ar=3,4-(OMe)2C6H3i 3,4,5-(OMe)3C6H2.

Ar

n / n^n

165, 166

165: R=S02Me; Ar=3,4-(OMe)2C6H3 3,4,5-(OMe)3C6H2. '

166: R=S02NH2; Ar=3,4-(OMe)2C6H3 3,4,5-(OMe)3C6H2. '

Например, для соединения 166 (R = 3,4,5-(OMe)3C6H2) и эталона (celecoxib) в статье [181] указаны следующие параметры ингибирующей in vitro активности. 166 (R = 3,4,5-(OMe)sC6H2): IC50 (мк^ 7.37 (COX-1), 0.21 (COX-2), SI (COX-1, IC50)/ (COX-2, IC50) = 35.13. Celecoxib: IC50 (мкM): 7.31(COX-1), 0.16 (COX-2), SI (COX-1, IC50)/ (COX-2, IC50) = 45.68.

Авторы работы [182] сообщают о синтезе серии новых тетразолильных производных диазепина 167 и исследовании противовоспалительной активности этих соединений. Наилучшие результаты получены для 6,8-бис-(3-хлорфенил)-5-метил-6,7,8,9-тетрагидро[1,5-^][1,4]диазепина. Это соединение в экспериментах in vivo показало достаточно высокую (71.42%) ингибирующую активность. По этому критерию соединение 167 (R = Cl) лишь немного уступает результату, приведенному для эталона (indimethacin, 80%). В статье [183] сообщается о синтезе и исследовании, нового производного хинолина, содержащего в молекуле фрагмент 5-меркаптотетразол-5-ила 168. Авторами этой статьи проведен in silico докинг-анализ, рентгеноструктурный анализ, а также изучена in vitro противовоспалительная активность этого соединения, которая оказалась

сопоставима с эталоном (диклофенак). Степень ингибирования денатурации, определенная для соединения 168 и эталона при одинаковой концентрации, %: 74.58 и 93.48 соответственно.

1.4.6 Противоопухолевая активность

Данные по противоопухолевой активности тетразолов и координационных соединений с их участием до 2015 года обобщены в обзоре [4]. В связи с этим, в настоящей работе представлен обзор статей по тетразолам, проявляющим цитотоксическую активность, главным образом за 2015-2018 гг.

1.4.6.1 Тетразолильные аналоги и производные природных соединений

Модификация природных соединений посредством введения в структуру молекул гетероциклических фрагментов является одним из перспективных направлений поиска веществ с высокой противоопухолевой активностью и низкой токсичностью [4].

Аналоги комбретастатина А-4

Выделяемый из коры южно-африканского дерева СвтЬгвШт caffrum комбретастатин А-4 - эффективный антимитотический агент растительного происхождения, блокатор колхицинового сайта тубулина, проявляет высокую цитостатическую активность в отношении широкого спектра раковых клеток человека [184-186].

Р{=н, N02, С1, 3,4-сК(ОМе)2, Вг, ОН, ¿га/75-аппа1та1с1е11ус1е.

168

/

—О О НО О—

Комбретастатин А-4

Стоит отметить, что противоопухолевой активностью обладает только комбретастатин А-4 с ^ис-конфигурацией двойной связи, которая весьма лабильна. Молекула комбретастатина А-4 легко изомеризуется под действием света, при нагревании, а также в кислой среде в термодинамически более стабильную, но цитотоксически неактивную транс-форму [187]. В связи с этим, ведется активный поиск более стабильных аналогов комбретастатина А-4. Одно из успешных направлений таких исследований связано с введением олефинового мостика в 5-тичленный гетероциклический фрагмент (имидазол, пиразол, оксазол) [188]. В ряде статей опубликован синтез цитостатически активных аналогов комбретастатина А-4 с введением в структуру тетразольного фрагмента 169-172 [4, 189-192].

R4 = Aryl, 2-thienyl, R5 = H, F, Cl, Me, OMe R1, r2 = H, OBn; R3 = H, OBn, N02; R1, R3, R7 = H, OMe R2, R6 = OMe, OEt R4, R5 = H, OH; R6 = H, OH, NH2

N' N

N' ""N R1

N

R = OMe, Br, I

R1, R2, R3, R4 = H, Me, OMe, F

Некоторые из данных соединений проявили наномолярную активность в отношении раковых клеток MCF-7, A-549, HeLa и др.

Аналоги и производные аминокислот и пептидов

Показано, что некоторые линейные и циклические пептиды, выделенные из природных источников, подавляют рост различных типов раковых клеток, за счет селективного ингибирования активности определенных ферментов [193]. Так, гистондеацетилаза (HDACs) играет значительную роль в регуляции экспрессии генов, онкогенной трансформации, клеточной дифференциации, а также оказывает влияние на ангиогенез. Ингибирование HDAC активности может приводить к подавлению опухолеобразования [193]. Циклический пептид ларгазол (1аг§аго1е), первоначально выделенный из цианобактерий, проявил высокую селективность и ингибирующую активность в отношении HDAC1 (гистондеацетилаза, класс I) [3,

Тетразолильный аналог ларгазола 173 показал на порядок лучшую селективность по отношению к HDAC1 (1С50 = 0.1 мкМ), чем к НОАС9 (1С50 = 34.6 мкМ) по сравнению с ларгазолом [4, 194].

Тимидилатсинтаза (ТБ) - один из ферментов, участвующих в синтезе пиримидиновых нуклеотидов в клетке, является одной из мишеней для цитостатических лекарственных средств [3]. В качестве ингибиторов данного фермента были предложены производные фолиевой кислоты, содержащие тетрзол-5-ильный фрагмент 174 (1С50 1.4 нМ, К 0.44 нМ) [195].

4].

1агдаго1е

174

В дальнейшем, в результате оптимизации структуры была получена новая серия подобных ингибиторов TS на основе производных глутаминовой кислоты 175 [196].

175

Аналоги стероидов

Модификация стероидов введением в их структуру гетероциклических фрагментов является перспективным направлением при разработке новых противоопухолевых агентов [197]. Так, соединение 176 показало значительный цитостатический эффект в отношении клеток рака шейки матки (IC50 = 11.18 мкИ) и миелоидной лейкемии KCL-22 (IC50 = 14.24 мкЫ) [198].

Соединения 177 проявили значительную селективность и противоопухолевую активность в отношении клеток рака молочной железы MCF-7 ER+ [IC50 12.63 мкМ (R = H) и 4.58 (R = Me) мкИ] и оказались нетоксичными для нормальных клеток MRC-5 [50].

В 2016 году Alam и др. в работе [199] исследовали in vitro 7a-аза-B-гомостигмаст-5-ено[7а,7^]тетразол-3р-ил хлорид 178 на пяти раковых клеточных линиях: рака толстой кишки WIDR, рака яичников IGROV, меланомы M19 MEL, рака почек A498 и рака легкого H226. Соединение 178 проявило значительную цитостатическую активность c ингибирующими дозами ID50 (нг/мл) 181, 132, 210, 250 и 472 соответственно.

н

н

176

178

Значительное противоопухолевое действие показал описанный выше тетразолсодержащий аналог стигмастерина 86 в отношении раковых клеточных линий карциномы толстой кишки HCT116 (IC50 4.58 мкМ) и карциномы печени HepG2 (IC50 4.82 мкМ) [106].

Известно, что подофиллотоксин - лигнан, получаемый из корней подофилла (Podophyllum), является довольно сильным цитостатиком. В работе [200] описана серия тетразолсодержащих производных подофиллотоксина 179, которую тестировали в отношении четырех линий раковых клеток SK-N-SH, A549, HeLa и MCF-7. Соединения 179 проявили цитотоксическую активность (с IC50 в диапазоне от 2,4 мкМ до 29,06 мкМ), сопоставимую или превышающую цитотоксичность доксорубицина.

1.4.6.2 Тетразолсодержащие комплексы

Комплексы металлов платиновой группы, содержащие тетразолильные лиганды, проявляют цитостатическую активность и могут рассматриваться как потенциальные противоопухолевые агенты [4]. В серии работ описаны биядерные

n-n

комплексы Pt(II) с мостиковыми тетразолатными лигандами [201-208]. Например, тетразолатные комплексы 180, 180 активны в отношении цисплатин-нерезистентных и цисплатин-резистентных клеточных линий PC-9 и PC-14 NSCLC [206]. При этом, несмотря на то, что комплекс 180 показал более высокую активность in vitro {IC50 0.5 ± 0.3 мкМ (PC-9), 0.5 ± 0.2 мкМ (PC-9 [CDDP], 0.2 ± 0.0 мкМ (PC-14), 0.7 ± 0.2 мкМ (PC-14 [CDDP])}, чем комплекс 181 {IC50 12.0 ± 1.4 мкМ (PC-9), 10.0 ± 1.4 мкМ (PC-9 [CDDP], 2.1 ± 0.8 мкМ (PC-14), 7.2 ± 0.6 мкМ (PC-14 [CDDP])}, именно комплекс 181 продемонстрировал выраженную противоопухолевую эффективность при тестировании in vivo на ксенотрансплантатах рака поджелудочной железы PANC-1 у мышей.

Авторы работы [209] отмечают перспективность разработки новых противоопухолевых агентов на основе тетразолсодержащих комплексов Pt(IV) 182. Значительную цитотоксичность также проявляют тетразолсодержащие комплексы рутения(П). Комплекс 183 проявил наномолярную противоопухолевую активность в отношении клеток MCF-7 и Jurkat ^50 6.88 10-5 и 6.42-10-5 мкм/моль) [210].

Цитотоксичными также являются также тетразолсодержащие комплексы других переходных металлов: Au(I), Au(Ш), Fe(Ш), Cu(П) и др. Например, комплексы меди(П) с бидентантными тетразолсодержащими лигандами 184, 185 проявили активность в отношении клеток гепатоцеллюлярной карциномы HepG2 с IC50 11.1 мкМ (для комплекса 184) и 18 1.6 мкМ (для комплекса 185) [211].

Аг

Pt

H3N NH3 180