Задачи

1.Изучение возможностей модификации карбоксильной группы 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты и синтез амидов, сложных эфиров на основе ароматических и алифатических спиртов и аминов, в том числе содержащих функциональные группы (сульфонильную, сульфониламидную группы, аминогруппы и т.д.). Оптимизация экспериментальных условий, позволяющая получать эти соединения с высокими выходами и химической чистотой, что важно для их дальнейшего продвижения в качестве лекарственных средств.

2.Изучение возможностей модификации гидроксиметильного фрагмента и синтез соответствующих галогенпроизводных, азидов, четвертичных солей аммония и фосфония. Введение в структуру азидной группы позволит осуществить синтез соединений, содержащих триазольный фрагмент, путем «клик-реакции» с различными алкинами. Полученные соли фосфония будут использованы как прекурсоры для введения в структуру целевых соединений кратной связи путем реакции Виттига с различными карбонильными соединениями. Проведение оптимизации экспериментальных условий, направленной на получение этих соединений с высокими выходами и химической чистотой.

3.Изучение возможностей модификации кратной связи и синтез (в том числе стереоселективный) полициклических соединений на каркасе 7-азакумарина с использованием реакций диполярного 1,3-циклоприсоединения. Оптимизация экспериментальных условий, позволяющая получать целевые полициклы с высокими выходами и химической чистотой.

4.Изучение цитотоксичности полученных соединений. Оценка цитотоксического действия будет проведена на культурах нормальных клеточных линий (Changliver, RPMI 1788, WI-38 VA 13 subline 2RA) и опухолевых линий (А-549, M-Hela клон 11, Hep G2, PANC-1, Т 98G - глиобластома человека, HL-60, HuTu 80). В качестве препаратов сравнения будут использованы известные противораковые препараты Доксорубицин, 5-фторурацил, Тамоксифен.

Ожидаемые результаты

В результате первого года выполнения проекта будут изучены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты с диполями на основе саркозина, L- иD-пролина, прочих аминокислот и нингидрина, аценафтехинона, ацеантренохинона, а также изатина, диацетила, дибензоила. Будет установлено влияние условий этой реакции на её синтетический результат, выявлено влияние структуры 1,3-диполя на протекание процесса. На основе полученных данных будут подобраны наиболее оптимальные условия реакции, обеспечивающие наибольший выход целевых соединений. В результате проведенных работ, в 2024 году будут получены первые примеры полициклических производных 7-азакумарина, аннелированных с пирролидиновым циклом, в том числе в диа/энатиочистом виде. В ходе второго (2025) года реализации проекта будут изучены реакции 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты и её амидов с галогенирующими реагентами (сульфурилхлоридом, хлоркисью фосфора, тионилхлоридом) и получены производные 5-хлорметил-7-азакумарина. Будет изучено взаимодействие этих соединений с Р- и N-нуклеофилами (вторичными аминами, третичными аминами, трифенилфосфином)и впервые получены новые производные 7-азакумарина, имеющих в своем составе аминоалкильные, аммониевые, фосфониевые фрагменты и азидную группу.

Будет изучена возможность использования производных 7-азакумарина, имеющих в своем составе трифенилфосфониевую группу, в качестве исходных соединений в реакции Витттига. Будет проведена реакция азид-алкинового циклоприсоединения с использованием производных 7-азакумарина, имеющих в своем составе азидную группу. В результате будут получены ранее неизвестные производные 7-азакумарина, имеющие в 5 положении пиридинового цикла замещенную винильную группу, а также новые производные 7-азакумарина, модифицированные замещенным триазольным фрагментом. Будут изучены реакции амидирования и этерификации 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты NH-субстратами и спиртами, в том числе сложного строения, имеющими в своем составе функциональные группы. Будут подобраны наиболее оптимальные с точки зрения выхода целевых продуктов методики амидирования и этерификации. В результате будут получены ранее неизвестные функционально замещенные эфиры и амиды 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты.

Будет изучена цитотоксичность полученных соединений в отношении ряда нормальных (Changliver, RPMI 1788, WI-38 VA 13 subline 2RA) и опухолевых клеточных линий (А-549, M-Hela клон 11, Hep G2, PANC-1, Т 98G - глиобластома человека, HL-60, HuTu 80) с использованием в качестве препаратов сравнения известных лекарственных средств, используемых для терапии раковых заболеваний – Доксорубицина, 5-фторурацила, Тамоксифена. На основе полученных данных будут установлены закономерности «структура-свойство» в ряду производных 7-азакумарина и выявлены наиболее активные соединения-лидеры, перспективные с точки зрения дальнейших исследований и практического внедрения.

1)  Будут опубликованы:

- не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 60 (шестидесяти);

- не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО.

Полученные в ходе работы результаты будут опубликованы в 5-ти публикациях по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях International Journal of Molecular Sciences (Q1, индекс цитирования 5,6), European Journal of Medicinal Chemistry (Q1, индекс цитирования 6,7), Journal of Organic Chemistry (Q1, индекс цитирования 3,6), Pharmaceuticals (Q2, индекс цитирования 4,6), Molecules (Q2, индекс цитирования 4,6), или в других индексируемых в Science Citation Index Expanded и входящих в Q1-Q3 по импакт-фактору в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 60 (шестидесяти); а также 1 статье или обзоре в издании Bulletin of the Karaganda university - Chemistry или в других изданиях в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСНВО, а также представлены на международных конференциях.

2) опубликование монографий, книг и (или) глав в книгах зарубежных и (или) казахстанских издательств не планируется;

3) получение патентов в зарубежных патентных бюро (европейском, американском, японском), в казахстанском или евразийском патентном бюро: будет получен патент РК на изобретение;

4) разработка научно-технической, конструкторской документации не планируется;

5) распространение результатов работ среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности: распространение результатов исследований будут осуществляться участием в международных научных конференциях, через республиканские и региональные средства массовой информации и социальные сети;

6) другие измеримые результаты в соответствии с требованиями конкурсной документации и особенностями проекта. Дополнительно в разделе указываются:

1) область применения и целевые потребители каждого из ожидаемых результатов: В результате реализации предлагаемого проекта будет получена обширная библиотека ранее не описанных производных 7-азакумарина, обладающих высокой цитотоксичностью в отношении раковых клеточных линий, проведен анализ «структура-активность» и выявлены соединения-лидеры, обладающие высокой селективностью действия и нетоксичные в отношении нормальных тканей и клеток. Это, в свою очередь, послужит основой дальнейшему созданию новых типов противоопухолевых агентов и будет способствовать развитию медицинской химии и химии лекарственных препаратов, а также будет являться надежной базой для практического внедрения новых типов высокоселективных и малотоксичных противоопухолевых агентов.

2) влияние ожидаемых результатов на развитие основного научного направления и смежных областей науки и технологий: В качестве целевых потребителей научных результатов проекта могут стать фармацевтические компании, поскольку полученные соединения потенциально будут проявлять широкий спектр биологической активности, пониженную токсичность и смогут быть достойными конкурентами дорогостоящим зарубежным аналогам;

3) применимость и (или) возможность коммерциализации полученных научных результатов: Полученные научные результаты могут использоваться в фармацевтической промышленности и медицине в качестве противоопухолевых препаратов, а также в учебно-образовательном процессе при усовершенствовании учебных планов, разработке лабораторных работ и практик для студентов различных курсов;

4) социальный, экономический, экологический, научно-технический, мультипликативный и (или) иной эффект результатов проекта с обоснованием, в том числе по решению существующих проблем в регионах страны: Результаты, полученные в ходе выполнения данного проекта, существенно расширят современные представления в области медицинской химии;

5) другие прямые и косвенные результаты проекта с указанием их качественных и количественных характеристик: Презентацию результатов планируется провести на международных и отечественных конференциях.

Результаты

Изучены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислоты с диполями на основе   саркозина и нингидрина, аценафтехинона, ацеантренохинона. Изучено влияние условий этой реакции на её синтетический результат, выявлено влияние структуры 1,3-диполя на протекание процесса. Установлено, что при проведении реакции в середе абсолютного этанола при кипячении в тройной системе 5-(гидроксиметил)-8-метил-2-оксо-2H-пирано[3,2-c]пиридин-3-карбоновой кислота – саркозин – нингидрин образования целевого продукта не наблюдается, исходная кислота возвращается в неизменном виде. При замене аминокислоты на L- или D-пролин, также не наблюдается образование ожидаемых продуктов реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. Нами установлено что реакция 7-азакумарин-3-карбоновой кислоты с  пролином и нингидрином в данном случае осуществляется иным путем и протекает одновременно с сохранением кратной связи в пирановом цикле 7-азакумарин-3-карбоновой кислоты, ее декарбоксилированием, раскрытием пирролидинового цикла пролина, образующегося в ходе реакции азометинилида (1,3-диполя), и образованием из него замещенного фрагментом нингидрина или ацеантренахинона пиперидинового цикла. Выход продуктов составил 78% (для реакции кислота/пролин/нингидрин) и 36% (для реакции кислота/пролин/ацеантренохинон).

Достоверность результатов проведённых исследований подтверждается использованием современных физико-химических методов: масс-спектрометрии (МАLDI-TOF и ESI), спектроскопии ИК, ЯМР ¹Н, ¹³С, элементного и рентгеноструктурного анализа.

Спектры ЯМР ¹Н, ¹³С записаны на спектрометрах Bruker AVANCEII-400 с рабочей частотой 400.1 МГц (¹Н), 100.6 МГц (¹³С), Bruker Avance-600 с рабочей частотой 600.1 МГц (¹Н), 150.9 МГц (¹³С) относительно сигналов остаточных протонов дейтерированного растворителя или ядер углерода дейтерорастворителя (ДМСО-d6). ИК-спектры записаны на Фурье-спектрометре Vector 22 фирмы Bruker в интервале 400-4000 см^-1. Образцы исследовались в виде таблетки в КBr. Элементный анализ выполнен на приборе Carlo Erba марки EA 1108.

Так, для продукта (А) на основе нингидрина, в масс-спектре MALDI пик m/z = 405.1 [M+H]⁺, для продукта (В) на основе ацеантренохинона – m/z = 475.0 [M-H]⁺. В ЯМР ¹Н спектре продукта (А) протоны метиленовой группы зарегистрированы в виде мультиплета с химическим сдвигом 4.49-4.57 м.д. и интегральной интенсивностью 2Н, гидроксильная группа зарегистрирована триплетом с х.с. 5.39 м.д. инт.иненсивностью 1Н и константой спин-спинового взаимодействия J = 5.1Гц. Метиновый протон пиридинового цикла – синглет с х.с. 8.17 м.д. и инт.интенсивностью 1Н. Протоны фенильного цикла зарегистрированы мультиплетом с х.с. 7.78-7.81 м.д., в эту же группу попал сигнал метинового протона пиранового цикла. Метильная группа зарегистрирована синглетом с х.с. 2.38 м.д. и инт.интенсивностью 3Н. Протонам метиленовых групп пиперидинового цикла соответствует следующая группа сигналов: δ, м.д. = 1.65-1.72 м (1Н), 1.82-1.86 м (2Н), 2.33-2.42 м (1Н), 2.91 д (1Н, J= 12.6 Гц), 3.28-3.34 м (1Н), 3.48 дд (1Н, J= 12.6, 3.2 Гц).

Проведение реакции в двухкомпонентной системе 7-азакумарин-3-карбоновая кислота – 1,3-диполь, заранее выделенный в индивидуальном виде в результате реакции пролина с нингидрином, приводит к аналогичному результату.

На основе полученных данных подобраны наиболее оптимальные условия реакции, а именно проведение реакции при кипении в среде спирта, обеспечивающие наибольший выход целевых соединений.  В результате проведенных работ, в 2024 году получены первые примеры полициклических производных 7-азакумарина, содержащих в своем составе фрагменты нингидрина, аценафте- и ацеантренохинонов .