Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бакирова Р.Е. 1 Фазылов С.Д. 2 Нуркенов О.А. 2 Mуравлева Л.Е. 1 Кулаков И.В. 3 Ахметова С.Б. 1 Сатпаева Ж.Б. 2

---

1 Карагандинский государственный медицинский университет

2 Институт органического синтеза и углехимии Республики Казахстан

3 Омский государственный университет

В статье приведены данные по изучению реакции синтеза и антибактериальной активности новых тиомочевинных, тиазолиновых и тиазиновых производных алкалоида анабазина. Показано, что получаемые N-тиокарбамидные производные анабазина в зависимости от структуры получаемых субстратов и условий реакции могут подвергаться внутримолекулярной гетероциклизации. В результате проведенного биоскрининга на антибактериальные свойства установлено, что почти все исследованные соединения в условиях in vitro проявляют либо умеренно-выраженную, либо выраженную антимикробную и противогрибковую активность.

Статья в формате PDF

2935 KB

анабазин

тиомочевины

тиазолины

тиазины

антимикробная активность

1. Кулаков И.В., Нуркенов О.А., Турдыбеков Д.М., Ибрагимов Б.Т., Талипов С.А., Жамбеков З.М., Айнабаев А.А., Турдыбеков К.М. Синтез тиомочевинных производных алкалоида анабазина и кристаллическая структура N-(анабазино-1-карбонотиоил)фуран-2-карбоксамида // Химия природ. соединений. – 2009. – №2. – С.183-185.

2. Семина Н.А., Сидоренко С.В., Резван С.П. и др. Методические рекомендации. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам // Клинич. микробиол. антимикроб. химиотер. – 2004. – №6(4). – С. 306-359.

3. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. Основы органической химии лекарственных веществ. – М.: Химия, 2001. – 192 с.

4. Соколов В.Б., Аксиненко А.Ю., Пушин А.Н., Мартынов И.В. Внутримолекулярная циклизация 1-аллил- и 1-метилаллил-6-амино-2-тиоурацилов // Изв. АН РФ. –2005. – №7. – С.1694.

5. Пинигина Н.М., Самойлова Т.И., Недоля Н.А., Папшева Н.П., Герасимова В.В. Синтез и иммуномодулирующая активность N-(2-винилоксиэтил)-тиомочевин // Хим.-фарм. ж. – 1989. – №3. –С.163-165.

6. Орехов А.П. Химия алкалоидов. – М.: изд-во АН СССР, 1955. – 865 с.

7. Liu H.-L., Li Z., Anthonsen T. Synthesis and Fungicidal Activity of 2-Imino-3-(4-arylthiazol-2-yl)-thiazolidin-4-ones and Their 5-Arylidene Derivatives // Molecules. – 2003. – №8. – P. 472-479.

8. Sutariya B., Raziya S.K., Mohan S. & Sambasiva Rao S.V. Synthesis and antimicrobial activity of some new 2-substituted aminothiazoles // Ind. Journal of Chem. Sect. B. – 2007. –Vol.46, № 5. – Р. 884-887.

Интерес ученых к химической трансформации природных алкалоидов, углеводов и др. не ослабевает и по сегодняшний день. Это обусловлено прежде всего их высокой биологической активностью. Вмешиваясь в структуру природных соединений, синтезированных самой природой, человек создает новые, порой уникальные химические соединения, которые во многих аспектах оказываются в десятки раз более эффективными и менее токсичными биоактивными соединениями, чем исходные субстраты и уже широко применяются в качестве лекарственных препаратов.

Одним из перспективных синтонов в плане модификации и поиска новых биоактивных веществ является известный алкалоид – анабазин, который обладает сильными инсектицидным и противотуберкулезным свойствами и все еще полностью не раскрытими потенциальными перспективами [6]. Поиск новых его синтетических производных с потенциально антибактериальной активностью возможен путем введения в его структуру таких фармакофорных фрагментов, как тиомочевинный, фурановый, тиазолиновый и др., которые являются структурными звеньями многих антибактериальных препаратов, используемых в медицинской практике [3,5].

Для синтеза соединений с базовым тиазольным, тиазолиновым или тиазолидиновым кольцом помимо прямого введения реакцией алкилирования галогенацетильными замещенными производными тиазолов, довольно часто применяются изотиоцианатные, тиоамидные и тиомочевинные производные [8], которые не только являются удобными синтонами для их получения, но и в зависимости от других реагентов и условий, позволяют подробно изучить механизмы возможной гетероциклизации.

Цель исследования. Осуществление реакции синтеза новых тиомочевинных, тиазолиновых и тиазиновых производных алкалоида анабазина, изучение их строения и биологических свойств на наличие антибактериальной и противогрибковой активности.

Материалы и методы исследования

ИК-спектры сняты на спектрометре с Фурье-преобразователем AVATAR-320 в таблетках с KBr, спектры ЯМР 1Н записаны на спектрометре Bruker DRX 500 (500 МГц) в растворе DMSO-d6 относительно внутреннего стандарта ТМС. Рентгеноструктурный анализ проведен на четырехкружном автоматическом дифрактометре Xcalibur.

Изучение антибактериальной и противогрибковой активности вышеуказанных образцов проводились по отношению к штаммам грамположительных бактерий Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, к грамотрицательным штаммам Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli и к дрожжевому грибку Candida albicans методом диффузии в агар (лунок). Препараты сравнения – гентамицин (и бензилпенициллина натриевая соль) для бактерий и нистатин для дрожжевого грибка С. albicans.

Изучение противогрибковой активности вышеуказанных образцов проводились по отношению к дрожжевому грибку Candida albicans и по отношению к условно-патогенному дрожжевому грибку Candida sake. Candida dubliniensis. Candida holmii методом диффузии в агар (лунок). Препарат сравнения – нистатин.

Результаты исследования и их обсуждение

Изучение синтеза тиомочевинных производных анабазина осуществляли следующим образом. Вначале провели синтез исходных изотиоцианатов из соответствующих хлорангидридов п-бромбензойной и 2-фуранкарбоновой кислот при их нагревании с роданистым калием в среде ацетона. Далее образующиеся in situ изотиоцианаты запускали в дальнейшее взаимодействие с алкалоидом анабазином по схеме:

Образующиеся целевые продукты (2,3) (61 и 45 % соответственно), представляют собой хорошо кристаллизующиеся белые кристаллические вещества с умеренной растворимостью в органических растворителях.

В ИК- спектрах синтезированных соединений (2,3) имеется полоса поглощения в области 1545-1535см-1, характерная для C=S группы, полосы поглощения амидной группы C(O)NH проявляются в области 1687-1689 см-1 . При анализе спектров ЯМР 1Н соединений (2,3) наблюдаются характерные сигналы протонов для алкалоидной части (рис. 1). Так, например, в спектре соединения (3) сигналы протонов пиридинового кольца анабазина прописываются в области слабых полей: синглет протона Н4 при 8,68 м.д., дублеты протонов Н1 и Н3 при 8,51 м.д. и 7,51 м.д. и дублет дублетов протона Н2 при 7,44 м.д. Сигналы шести метиленовых протонов Н6, Н7, Н8 проявляются в виде сложного мультиплета в области 1,32-2,00 м.д. Метиленовые протоны Н9 и протон метинной группы Н5 пиперидинового кольца проявляются соответственно при 2,60 м.д. (мультиплет) и 3,03 м.д. (триплет) с КССВ J = 13 Гц. Протоны ароматического фуранового кольца Н10’, Н11’ и Н12’ резонируют соответственно в виде дублета, дублета дублетов и дублета при 7,98 м.д., 6,71 м.д. и 7,88 м.д. Амидный протон N-Н проявляется синглетом при 10,79 м.д. Соотношение интегральных интенсивностей отвечает структуре (3).

С целью подтверждения пространственного строения были выращены кристаллы молекулы N-(анабазино-1-карбонотиоил)фуран-2-карбоксамида (3) и проведено его рентгеноструктурное исследование [1]. Общий вид молекулы 2.39 приведен на рисунке.

Кристаллическая структура N-(анабазино-1-карбонотиоил)фуран-2-карбоксамида (3)

В ряду соединений, в том числе и природных, таких как витамин В1, пенициллин, содержащих тиазольное и тиазолиновые фрагменты, найдены средства с высокой антибактериальной активностью, а также гербициды, пестициды и стимуляторы роста растений [7, 8].

В работе [4] описывается метод получения тиазолиновых гетероциклических производных из соответствующих аллилсодержащих тиомочевин под действием различных реагентов – растворов галогеноводородов и галогенов. Нами установлено, что синтезированное N-аллилтиокарбамидное производное алкалоида анабазина (4) при нагревании на кипящей водяной бане в запаянной стеклянной ампуле, в растворе концентрированной соляной кислоты может претерпевать внутримолекулярную гетероциклизацию по схеме:

Установлено, что в результате проведенного кислотного взаимодействия образуется с хорошим выходом (50 %) производное анабазина с серосодержащим пятичленным гетероциклом – 2- N-анабазино-5-метил-1,3-тиазолин (5), растворимое во многих органических растворителях. Для получения водорастворимой формы получили его йодметилат (5а).

Механизм данной реакции на первой стадии включает в себя присоединение галогеноводорода по двойной связи аллильного фрагмента тиомочевины по правилу Марковникова. Затем происходит нуклеофильная атака атома серы (в тиольной форме тиомочевины) вторичного углеродного атома С-X с частичным положительным зарядом с последующей внутримолекулярной циклизацией в 1,3-тиазолиновое производное:

В спектре ЯМР1Н-соединения (5) сигнал интегральной интенсивностью одного протона, проявляющийся в виде уширенного дублета в области 5,22 м.д., нами отнесен к экваториальному протону Н-9, который в других исследуемых нами ранее производных анабазина не проявлялся в такой нехарактерной для него слабопольной части спектра. Метиновый протон пиперидинового кольца проявляется в виде триплета, каждый пик которого дополнительно расщеплен дублетами с расстоянием около 3,3 Гц, свидетельствующего о влиянии на него вращения пиридинового и тиазолинового колец относительно пиперидинового.

Интересным также оказалось также изучение реакции взаимодействия молекулы анабазина с метакрилоилизотиоцианатом, приводящее к внутримолекулярной гетероциклизации промежуточного продукта (6) в 5-метил-2-( N-анабазинил)-5,6-дигидро-1,3-тиазин-4-она (7).

Реакция проходит в довольно мягких условиях при температуре 25-30 °С в среде ацетона. Выход и чистота полученного продукта (7) варьировались в зависимости от скорости и порядка прибавления исходных реагентов. При этом, наиболее высокий выход целевого продукта (7) (41 %) был получен при медленном прикапывании свежеприготовленного ацетонового раствора метакрилоилизотиоцианата к интенсивно перемешиваемому раствору анабазина.

Протекание процесса внутримолекуляной гетероциклизации (6) с образованием 5-метил-2-(N-анабазинил)-5,6-дигидро-1,3-тиазин-4-она (7) в ходе данной реакции, по всей видимости, объясняется тем, что анабазин, находящийся в реакционном растворе в избытке, является довольно сильным основанием и способствует заметному увеличению скорости внутримолекулярной гетероциклизации с образованием (7). Соседство в α-положении у пиперидинового цикла объемного электрононасыщенного пиридинового цикла, вращение вокруг С-С-связи, возможно также оказывает свое влияние на пространственную доступность реакционного центра.

Образование циклического 5-метил-2-(N-анабазинил)-5,6-дигидро-1,3-тиазин-4-она (7) однозначно было доказано отсутствием в спектре ЯМР1Н метиленовых протонов =СН2, проявляющихся для аналогичных метакриловых производных двумя дублетами в области 5,70 и 6,00 м.д., а также синглета амидного N-H протона, участвующего в необходимой при циклизации тион-тиольной перегруппировке. Кроме того, в спектрах ЯМР 1Н соединения (7), происходит расщепление метильных протонов СН3 на дублет, свидетельствующее об их взаимодействии с метиновым СН-протоном тиазинового кольца, появляются сигналы метинового и метиленовых протонов в виде мультиплета и двух дублет дублетов, также свидетельствующих в пользу образования соединений (7) по вышеописанной схеме циклизации.

Физико-химические константы и данные элементного анализа соединений (2-7) представлены в таблице.

Физико-химические константы и данные элементного анализа соединений (2-7)

Синтезированные соединения прошли скрининговые испытания на антимикробную активность в отношении бактериальных и грибковых культур в соответствии с методическими указаниями по определению чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам [2].Исследование антимикробной активности были проведены на следующих соединениях: 4-бром-N-(анабазино-1-карбонотиоил)бензамид (2), N-(анабазино-1-карбонотиоил)фуран-2-карбоксамид (3), 2-N-анабазино-5-метил-1,3-тиазолин (5), йодметилат 2-N-анабазино-5-метил-1,3-тиазолина (5а), йодметилат 2-(N-анабазино)-5-метил-5,6-дигидро-1,3-тиазин-4-она (7).

Антимикробная активность каждого образца оценивалась по диаметру зон задержки роста тест-штаммов (мм). Диаметр зон задержки роста меньше 10 мм и сплошной рост в чашке оценивали как отсутствие антибактериальной активности, 10-15 мм – слабая активность, 15-20 мм – умеренно-выраженная активность, свыше 20 мм – выраженная. Каждый образец испытывался в трех параллельных опытах.

В результате проведенного биоскрининга на антимикробную активность установлено, что почти все исследованные соединения в условиях in vitro проявляют либо умеренно-выраженную, либо выраженную антибактериальную и противогрибковую активность. Активность соединений оценивается ниже препарата сравнения – гентамицина (и нистатина для грибов), но выше широко известного антибиотика – бензилпенициллина натриевой соли, различаясь в широте действия относительно некоторых грамположительных (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis) и грамотрицательных штаммов (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli).

Выводы

Изучены реакции взаимодействия алкалоида анабазина с изотиоцианатами различной структуры. Показано, что получаемые N-тиокарбамидные производные анабазина в зависимости от структуры получаемых субстратов и условий реакции могут подвергаться внутримолекулярной гетероциклизации. По результатам проведенных биоиспытаний на антимикробную активность новых серосодержащих производных анабазина установлено, что данные соединения могут быть рекомендованы для дальнейших углубленных исследований с целью изучения возможностей внедрениях их в медицинскую практику.

Библиографическая ссылка