Задачи

1) Изучение взаимодействия производных N-винилсульфонилпирролидина с аминами; установление влияния условий реакции (растворитель, температура) и структуры реагентов на её синтетический результат. Синтез водорастворимых 1-сульфонилпирролидинов.

2) Изучение взаимодействия производных N-винилсульфонилпирролидина с аминокислотами; установление влияния условий реакции (растворитель, температура) и структуры реагентов на её синтетический результат. Синтез 1-сульфонилпирролидинов, содержащих в своём составе аминокислотный остаток.

3) Изучение реакции 3-арилиден-1-пирролина с лекарствами группы фторхинолона. Установление структуры продуктов этих реакций комплексом физических методов анализа.

4) Изучение реакции фосфониевых и пиридиниевых солей 1-сульфонилпирролидина с различными нуклеофилами. Синтез новых производных пирролидина, которые сложно получить другими известными методами.

5) Изучение цитотоксичности полученных соединений по отношению к опухолевым и нормальным клеточным линиям человека.

Ожидаемые результаты

Синтез исходных N-(4,4-диэтоксибутил)этенсульфонамида и N-винилсульфонилпирролидинов по ранее разработанной нами методике.

На примере самых доступных и легко синтезируемых реагентах будет проведена оптимизация условий реакции для получения наибольшего выхода производного пирролидина. Будут варьироваться используемый растворитель, температура, время реакции и т.д.

Будет осуществлено взаимодействие N-винилсульфонилпирролидинов с разнообразными аминами и аминокислотами, в том числе протеиногенными. Установлена зависимость выхода продукта от заместителя в пирролидиновом кольце, так и от используемой аминокислоты.

Комплексом физико-химических методов анализа (ЯМР ¹Н, ³¹Р, ¹³С-спектроскопии, ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии, методами рентгеноструктурного анализа) будут изучены структурные особенности полученных 1-сульфонилпирролидинов.

Изучена цитотоксичность по отношению к нормальным и раковым клеткам человека. Определена острая токсичность на мышах. Будут определены ЛД₅₀, LD₁₀₀ и МПД.По результатам проведённых исследований будет опубликованы 3 статья в высокорейтинговых журналах, а также сделаны доклады на профильных конференциях.

1) Полученные в ходе работы результаты будут опубликованы в 3 (трех) публикациях по научному направлению проекта в рецензируемых научных изданиях:

- «ChemMedChem», рецензируемый научный журнал, посвященный медицинской химии. CiteScore (Scopus) – 5.6. Journal Citation Indicator (Clarivate) – 0.82. Q3, Journal Impact Factor (Clarivate): 3.4

 (https://www.scimagojr.com/journalsearch.php?q=4400151608&tip=sid&clean=0);

- «Journal of Organic Chemistry», рецензируемое научное издание в области химии. CiteScore (Scopus) – 6.8. Journal Citation Indicator (Clarivate) – 1.1. Q1. Journal Impact Factor (Clarivate): 3.6

https://www.scimagojr.com/journalsearch.php?q=25896&tip=sid&clean=0;

- «Arabian Journal of Chemistry», рецензируемое научное издание открытого доступа в области химии. CiteScore (Scopus) - 11. Q2, Journal Impact Factor – 6. Journal Citation Indicator (Clarivate) – 0.95.

(https://www.scimagojr.com/journalsearch.php?q=19400158709&tip=sid&clean=0), и в других 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); а также 1 статье или обзоре в издании Eurasian Journal of Chemistry (ex Bulletin of the Karaganda University. Chemistry series) и в других изданиях в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО. Распространение результатов работ среди сообщества ученых планируется путём участия в различных профильных конференциях различного уровня.

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 или РФ 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 1-сульфонилпирролидинов, обладающих высокой цитотоксичностью в отношении раковых клеточных линий человека, проведен анализ «структура-активность» и выявлены соединения-лидеры, обладающие высокой селективностью действия и нетоксичные в отношении нормальных клеток. Это, в свою очередь, послужит основой дальнейшему созданию новых типов противоопухолевых агентов и будет способствовать дальнейшему развитию медицинской химии. К тому же 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

Синтезирован исходный N-(4,4-диэтоксибутил)этенсульфонамид, содержащий винильный фрагмент у атома серы, с выходом 87%.

Осуществлён синтез N-(4,4-диэтоксибутил)этенсульфонамида взаимодействием 4,4-диэтоксибутан-1-амина и 2-хлорэтансульфонилхлорида в дихлорметане в присутствии триэтиламина при комнатной температуре. Интересно отметить, что в ходе реакции происходит одновременное введение сульфогруппы к атому азота и элиминирование хлороводорода с образованием кратной связи.

Достоверность результатов проведённых исследований подтверждается использованием современных физико-химических методов: масс-спектрометрии (МАLDI-TOF и ESI), спектроскопии ИК, ЯМР 1Н, 13С, 31P, элементного и рентгеноструктурного анализа.

Спектры ЯМР 1Н, 13С и 31P 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. Температуры плавления определены на приборе «Boetius». Элементный анализ выполнен на приборе Carlo Erba марки EA 1108. Полноту протекания реакций и чистоту синтезированных соединений контролировали методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах СОРБФИЛ ПТСХ-АФ-А-УФ («Сорбполимер», Краснодар, Россия), элюент: бензол-этанол, 10:1, проявитель – УФ свет.

Получили N-винилсульфонилпирролидины, содержащие во втором положении гетероцикла фрагменты 1-фенилпиразолидин-3-на, антипирина и дифенилфосфиноксида.

Эти соединения получили в результате реакции N-(4,4-диэтоксибутил)этенсульфонамида с 1-фенилпиразолидин-3-ном и антипирином в бензоле в присутствии

эквимольного количества трифторуксусной кислоты. Структура полученных соединений была подтверждена данными ЯМР 1Н-, 13С-, ИК-спектроскопии. Образование продукта достаточно хорошо доказывают спектры ЯМР 1Н. В отличие от спектра исходного ацеталя в спектре продукта отсутствуют квартет и триплет от этоксильных групп. Наличие пирролидинового цикла доказывает усложнение спектра ЯМР 1Н в отличие от исходного соединения. Так пять протонов пирролидинового цикла проявляются в виде четырёх мультиплетов, что связано с усложнением спиновой системы. Наличие винильного фрагмента доказывают сигналы протонов метиленовой группы, в виде двух дублетов с химическими сдвигами 5.86 м.д. (J 10.0 Гц), 6.08 м.д.

(J 16.6 Гц) и протонов метиновой группы в виде дублета-дублетов с химическим сдвигом 6.36 м.д. (J 16.6 Гц, J 9.9 Гц).

2-Гетарилпирролидины были выделены с выходом продукта 67 и 81%, соответственно. Фосфорилированный пирролидин, содержащий винильный фрагмент, получили в результате реакции N-(4,4-диэтоксибутил)этенсульфонамида с дифенилхлорфосфином в хлороформе в присутствии уксусной кислоты. Новый продукт выделили с выходом 87%. Спектральные характеристики этого соединения близки к выше описанным. Присутствие фрагмента фосфиноксида в этом соединении было подтверждено данными 31Р ЯМР-спектроскопии. В спектре 31Р ЯМР полученного соединения наблюдается синглет с химическим сдвигом 31 м.д.

Найдены наиболее оптимальные условия реакции, при которых выход продукта наибольший.

Для оптимизации условий процесса была выбрана модельная реакция между N-винилсульфонил пирролидином, содержащим фрагмент 1-фенилпиразолидин-3-она, и самой доступной аминокислотой глицином.  Проведение реакции в кипящей смеси  EtOH:H2O (4:1) и Et3N в течении 6 часов позволило выделить целевой продукт с выходом всего 15%. Увеличение времени реакции до 24 ч позволило незначительно увеличить выход продукта. Использование воды в качестве растворителя так же не позволило увеличить выход продукта. Далее мы провели скрининг различных основных катализаторов. При использовании DMAP или пиридина выход продукта увеличился до 35%. Неожиданно, замена этанола на метанол при кипячении в течении 1 часа привело к продукту с выходом 75%. Увеличение времени реакции до 24 ч позволило выделить производное пирролидина с выходом 93%, поэтому эти условия приняты за оптимальные.

Структура полученного соединения была доказана однозначно с привлечением ЯМР 1Н-спектроскопии. В результате реакции аза-Михаэля, которая протекает по винильному фрагменту 2-арилпирролидина и аминогруппе глицина, происходит образование вторичного амина. Так в спектре ЯМР 1Н продукта исчезают сигналы винильного фрагмента в области 6 м.д., но приэтом появляются два мультиплета метиленовых протонов в области 3 м.д.

По результатам проведённых исследований подана 1 статья в издании индексируемой в Science Citation Index Expanded и входящий в Q2, по импакт-фактору в базе Web of Science и имеющий 69 процентиль по Cite Score в базе Scopus.

Andrey Smolobochkin, Tanzilya Rizbayeva, Rakhymzhan Turmanov, Almir Gazizov, Nurgali Akylbekov, Saltanat Nakypova, Rakhmetulla Zhapparbergenov, Roza Narmanova, Saltanat Ibadullayeva, Alena Zalaltdinova, Marat Syzdykbayev, Julia Voronina, Anna Lyubina, Alexandra Voloshina, Elena Klimanova, Tatiana Sashenkova, Denis Mishchenko, Alexander Burilov / Design, Synthesis and Biological Evaluation of Taurine Derivatives Containing a Pyrrolidine Moiety, as Potential Anticancer Agents // Journal of Chemistry. Статус статьи: Under Review.