Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Разработаны методы синтеза пиридин-2-онов на основе трехкомпонентных автокатализируемых циклизаций полифторалкил-3-оксоэфиров и аммиака с (гет)арилметилкетонами. В отличие от этого аналогичные реакции с алкилметилкетонами приводят к формированию смеси дигидропиридонов и пиридонов. Для расширения ряда карбоаннелированных производных 2-пиридона в трехкомпонентную реакцию трифторацетоуксусного эфира и циклокетонов введены моноамины, в результате чего получены N-замещенные гексагидрохинолин-2-оны в смеси с гидратированными производными. Синтезированные новые производные пиридин-2-онов имеют большой потенциал для биологического тестирования. Исследованы подходы к синтезу три- и тетрациклических гексагидропиридинов как гетероаналогов асцидиевых алкалоидов на основе трехкомпонентной реакции трифторацетоуксусного эфира и циклокетонов с N,N- и N,O-динуклеофилами. В результате впервые получены такие гетероциклические системы, как декагидропиримидо[2,1-j]хинолин, октагидро[1,3]оксазино[2,3-j]хинолин, октагидрохинолино[8a,1-b]хиназолин, октагидроимидазо[2,1-j]хинолин, октагидроциклопента[2,3]пиридо[2,1-b]хиназолин, декагидроциклопента[2,3]пиридо[1,2-a]пиримидин, октагидроциклопента[2,3]пиридо[2,1-b][1,3]оксазин и октагидроциклопента[b]имидазо[1,2-a]пиридин. Предложенный способ является новым методом формирования декагидро[1,3]оксазоло[2,3-j]хинолина и октагидроциклопента[b][1,3]оксазоло[3,2-a]пиридина. Использование разнообразных динуклеофильных компонентов позволяет варьировать пергидрированное гетерокольцо в получаемых полициклах, а применение различных циклокетонов - изменять карбоксильный цикл. Установлено, что реакции с аминоспиртами отличаются возможностью выделения карбоциклопиридонов различной степени насыщенности. На основании данных РСА и спектроскопии ЯМР установлена диастереомерная структура синтезированных гетероциклов. С помощью выполненных экспериментов предложен механизм их образования. Полученные трициклы протестированы на противоопухолевую, противовирусную и антиноцицептивную активность. В результате выявлена высокая противоопухолевая активность цис,транс-октагидрохинолино[8a,1-b]хиназолина по отношению к клеткам карциномы легких человека A549 и эпидермоидной карциномы гортани человека Hep-2. Обнаружено, что цис,цис-декагидропиримидо[2,1-j]хинолин-6-он обладает умеренным противовирусным эффектом против вируса гриппа A/Puerto Rico/8/34 (H1N1), а цис,транс-октагидрооксазоло[2,3-j]хинолин-5-он проявляет обезболивающее действие на уровне препарата сравнения диклофенака. Выраженная биологическая активность полученных трициклов в сочетании с низкой токсичностью делает их перспективной основой для дизайна новых биоактивных веществ. По материалам этих исследований опубликована статья в Organic and Biomolecular Chemistry (журнал Q1). Исследованы способы получения трициклических производных гексагидропиридина за счет трехкомпонентной реакции полифторалкил-3-оксоэфиров и метилкетонов с 2-(аминометил)пиперидином. Варьирование условий показало, что во всех случаях, за исключением реакций с ацетофеноном, происходит формирование трех диастереомеров декагидро-9H-пиридо[1',2':3,4]имидазо[1,2-a]пиридин-9-онов, которые все были выделены индивидуально. Развиваемый трехкомпонентный подход является одним из самых современных методологий в органическом синтезе, поскольку мультикомпонентная методология позволяет снижать воздействие химии на окружающую среду, экономить ресурсы и минимизировать затраты. Все выполненные реакции базируются на использовании коммерчески доступных реагентов: полифторалкилсодержащих 3-оксоэфиров, метилкетонов или циклокетонов, а также различных динуклеофилов. Реализован синтез новых полифторалкил-содержащих антипиринов, имеющих различные комбинации полифторалкильного заместителя, N-алкильного остатка, арильного фрагмента с использованием найденной нами методики селективного N-метилирования пиразололов. В результате тестирования их анальгетической активности в тесте «горячая пластина» на крысах в дозе 15 мг/кг выявлено, что трифторметил-замещенный антипирин, содержащий о-толильный заместитель при атоме N1, обладает перспективной анальгетической активностью (98.9% на 1 ч и 172.0% на 2 ч) в сочетании с умеренной токсичностью. Это соединение выбрано в качестве лидера для расширенного исследования. На основании квантово-химических расчетов ADME параметров полифторалкил-содержащих антипиринов, показано, что они должны иметь приемлемый фармакокинетический профиль для лекарственных соединений. Соединение-лидер исследовано для оценки гипотезы вовлеченности в механизм его действия мембранных каналов TRP, которые предположительно являются биомишенью обезболивающего действия метамизола натрия (анальгина) - самого активного анальгетика ряда пиразолонов. Данные эксперимента показали, что соединение-лидер обеспечивает ноцицептивное действие при индукции болевого ощущения как капсаицином (агонистом TRPV рецепторов), так и транс-коричным альдегидом (агонистом TRPA рецепторов). На основании этого можно предположить, что это соединение является неселективным блокатором мембранных каналов типа TRP. При исследовании реакционной способности полифторалкил-содержащих антипиринов найдено, что в отличие от нефторированного аналога их прямое арилирование арилгалогенидами в присутствии Pd(OAc)2 затруднено из-за низкой нуклеофильности их центра C4, что было подтверждено с помощью квантово-химических расчетов. Однако оказалось эффективным модифицировать полифторалкилзамещенные 4-бром- и 4-йод-антипирины по реакциям Сузуки и Соногаширы. Установлено, что оптимальной каталитической системой для синтеза 4-арил- и 4-фенилэтилнил-3-полифторалкил-антипиринов в этих превращениях является Pd2(dba)3 в качестве катализатора и XPhos как фосфинового лиганда. При этом использование йод-производных в качестве исходных реагентов было более выгодным по сравнению с бромсодержащими аналогами. Полученные 4-йод-1-арил-3-полифторалкилпиразол-5-оны являются аналогами противовирусного средства йодофеназон. Нами найдено, что 4-йод-5-трифторметил-антипирин проявляет слабую активность в отношении вируса вакцины против оспы (штамм Копенгаген) и вирусной диареи крупного рогатого скота (штамм VC-1). Установлено, что 4-фенилэтинил-5-CF3-антипирин обладает умеренной активностью в отношении вируса гриппа A/Пуэрто-Рико/8/34 (H1N1), По материалам исследований опубликована статья в RSC Advances (Q1). Изучены реакции кросс-сочетания Сузуки 4-галогено-антипиринов с фенилбороновой кислотой в условиях фотокаталитического синтеза под воздействием видимого и ультрафиолетового излучения с наноразмерными фотокатализаторами. Найдено, что йод-антипирин во всех случаях практически полностью превращается в 4-фенил-5-трифторметил-антипирин. Наилучшими условиями оказалось использование в качестве катализатора @Pd/TiO2 и облучение реакционной массы видимым светом при длине волны 450 нм.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Разработан новый простой однореакторный трехкомпонентный метод синтеза 4-трифторметилпиридин-2-онов и их полифторалкилзамещенных аналогов на основе реакций 3-оксоэфиров, метилкетонов и ацетата аммония, которые являются коммерчески доступными реагентами. Найденный способ отвечает принципам «зеленой химии» и имеет хорошие возможности к вариативности. Благодаря предложенному подходу в формируемом пиридоновом кольце может варьироваться фторированный заместитель в положении С(4), а также вводиться различный алкильный, арильный или гетарильный фрагмент в положении С(6). При этом положения С(3) и С(5) гетероцикла остаются свободными для последующих модификаций в реакциях СН-функционализации, что может быть полезно для получения новых биоактивных веществ. О перспективности полученных соединений свидетельствуют обнаруженное умеренное антимикотическое, высокое антибактериальное и ярко выраженное анальгетическое действие синтезированных пиридонов. Найдено, что 4-трифторметил-2-пиридоны показывают разную региоселективность к N-, O-метилированию в зависимости от природы заместителя в положении С6, так как 6-фенилзамещенное производное образует в реакциях метилирования, выполненных в разных условиях, смесь O- и N-метилированных продуктов, тогда как 6-пиридинил-содержащий аналог дает преимущественно только MeO-производное. Помимо этого, 6-метилпиридон показал способность к модификации в реакциях альдольного присоединения с трифторацетоуксусным эфиром. Предложен метод синтеза 4-трифторметилтетрагидроциклопента[b]пиридин-2-она и 4-трифторметилтетрагидрохинолин-2(1H)-она на основе трехкомпонентных превращений трифторацетоуксусного эфира и циклокетонов с ацетатом аммония. Аналогичные взаимодействия при использовании моноаминов вместо ацетата аммония приводят к тем же, но только гидратированным, гетероциклам. Найдены условия для их эффективной дегидратации. При этом применение дегидратирующей смеси тионилхлорид/ пиридин в хлороформе при комнатной температуре позволило получить тетрагидроциклопента[b]пиридин-2-оны, а использование кипячения в толуоле с п-толуолсульфокислотой - тетрагидрохинолин-2-оны. Для синтеза 1-[(пиперидин-2-ил)метил]-4-(трифторметил)пиридин-2(1H)-онов были подобраны условия дегидратации пиридо[1',2':3,4]имидазо[1,2-a]пиридин-9-онов. Установлено, что при кипячении в толуоле в присутствии п-толуолсульфокислоты формируются тозилатные соли 1-[(пиперидин-2-ил)метил]-4-(трифторметил)пиридин-2(1H)-онов, а проведение реакции в разбавленной серной кислоте позволяет выделить 1-[(пиперидин-2-ил)метил]-4-(трифторметил)пиридин-2(1H)-оны в виде основания. С целью расширения границ применимости найденного синтетического подхода, а именно трехкомпонентной циклизации полифторалкил-3-оксоэфиров с метилкетонами и аминами, как нового метода для построения пирролидонов и их аннелированных аналогов, нами на данном этапе опробовано введение в эти превращения этилтрифторпирувата вместо трифторцетоуксусного эфира. Показано, что трехкомпонентная реакция этилтрифторпирувата и метилкетонов с диаминами является эффективным подходом к синтезу гексагидропирроло[1,2-a]аннелированных фторгетероциклов, при этом аннелированную часть молекул можно изменять в результате варьирования динуклеофильного реагента. В результате предложенный метод позволил синтезировать гексагидропирроло[1,2-a]имидазол-5-оны и гексагидропирроло[1,2-a]пиримидин-6-оны. Легкость протекания таких циклизаций обусловлена высокой реакционной способностью CF3CO группы, благодаря чему стало возможным образование промежуточных альдолей в реакциях с метилкетонами. Использование в циклизации ацетона обусловливает возможность получения трициклических соединений, что является отличительной особенностью реакций этилтрифторпирувата по сравнению с аналогичными взаимодействиями полифторалкил-3-оксоэфиров. На основе этих превращений были получены дипирроло[1,2-a:2',1'-b]имидазол-3,8-дион и дипирроло[1,2-a:2',1'-b]пиримидин-3,9-дион. О перспективности синтезированных гетероциклов для биологического тестирования свидетельствует обнаружение ряда анальгетически активных гексагидропирроло[1,2-a]пиримидинонов. Изучены реакции алкилирования и ацилирования 4-амино-3-CF3-5-фенилпиразола по аминофункции с диметилсульфатом, ацилхлоридом и фенилизоцианатом, в результате чего получены аминозамещенные пиразолы. Синтезирован широкий ряд азометин-содержащих производных 3-CF3-5-фенилпиразолов на основе их реакций с различными альдегидами. Эта серия производных показала высокую активность при оценке обезболивающего действия в тесте «горячая пластина» в эксперименте in vivo. В результате последовательных реакций ацилирования и алкилирования на основе 4-амино-3-CF3-5-фенилпиразола получен его конъюгат с такрином. Подобное гибридное соединение синтезировано из 5-амино-3-метил-1-фенилпиразола. Полученные конъюгаты перспективный для изучения их биологического потенциала как мультитаргетных агентов для терапии болезни Альцгеймера. На примере 4-аминозамещенного антипирина, содержащего в фенильном фрагменте метилсульфонильную группу, изучены реакции с метилирующими и ацилирующим агентами, с фенилизоционатом и бензальдегидом, в результате чего синтезированы новые амино-замещенные производные 2-метил-3-трифторметил-1-(4-метилсульфонилфенил)пиразол-5-она. Синтезирована серия CF3-4-изопропилпиразолов в результате циклизации метил-4,4,4-трифтор-3-оксо-2-(пропан-2-ил)бутаноата с гидразинами. С применением найденных ранее методик селективного O- и N-метилирования проведено алкилирование 4-изопропил-3-трифторметил-1-фенилпиразол-5-ола, что позволило получить его N- и О-алкилированные производные. При этом N-замещенный продукт представлял собой трифторметил-замещенный аналог пропифеназона. При оценке анальгезирующих свойств полученных производных 4-изопропил-3-трифторметилпиразола выраженный антиноцицептивный эффект на уровне анальгина показали соединения, содержащие бутоксильный фрагмент с терминальной электроноакцепторной группой. Значительно расширен ряд О-алкилированных производных 3-RF-пиразол-5-олов как аналогов целебрекса (целекоксиба). Их синтез реализован за счет взаимодействия 3-полифторалкилпиразол-5-олов с различными алкилирующими реагентами в присутствии K2CO3 в MeCN. Разработаны подходы к синтезу новых гибридных соединений, объединяющих фрагменты аналогов целебрекса или пропифеназона и парацетамола через алкоксиполиметиленовый спейсер. Полученные соединения имеют большой потенциал в качестве анальгетических средств, и их биологическое действие планируется исследовать нами на следующем этапе. Существенно дополнен ряд 4-арилгидразинилиден-5-полифторалкилпиразол-3-онов (4-AHPs), для синтеза которых предложено использовать три синтетических подхода: региоспецифичную циклизацию полифторалкил-2-арилгидразинилиден-3-оксоэфиров с гидразинами, азосочетание 4-незамещенных пиразол-5-олов с хлоридами арилдиазония или впервые обнаруженную кислотно-промотируемую самоконденсацию 2-арилгидразинилиден-3-оксоэфиров. Все 4-AHPs имеют приемлемый профиль ADME. Варьирование заместителей в 4-AHPs позволяло переключать или комбинировать их биологическую активность. NH-фрагмент в 4-AHPs способствует появлению противораковой активности в отношении HeLa, которая была на уровне доксорубицина, в сочетании с более низкой цитотоксичностью в отношении нормальных фибробластов человека. Некоторые Ph-N-замещенные 4-AHPs показали способность ингибировать рост бактерий N. gonorrhoeae при МИК 0.9 мкг/мл. Большинство 4-AHPs проявляли выраженный обезболивающий эффект в тесте «горячая пластина» in vivo на уровне диклофенака и метамизола и выше. Предложен механизм антиноцицептивного действия 4-AHPs путем блокирования рецептора TRPV1, который был подтвержден с использованием эксперимента in vitro и молекулярного докинга.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разработан эффективный метод синтеза гексагидропиридо[1,2-а]пиримидинов, основанный на циклизации 3-оксоэфиров и α,β-ненасыщенных альдегидов с 1,3-диаминопропаном. Установлено, что циклизация может реализовываться по двум путям в зависимости от заместителя в 3-оксоэфире и приводить к этил-6-(метил, фенил, дифторметил)гексагидропиридо[1,2-а]пиримидин-7-карбоксилатам или 7-(полифторалкил)-1-гидроксиэтил)гексагидропиридо[1,2-а]пиримидин-6-онам. Реакция ацетоуксусного эфира с α,β-ненасыщенными альдегидами и диаминопропаном осложняется побочным процессом образования этил-2-оксоциклогекс-3-ен-1-карбоксилатов без участия диамина, а в случае пентафторэтил-3-оксоэфира - формированием солей. Диастереомерная структура синтезированных бициклов определена методами спектроскопии ЯМР и РСА. Предложен возможный механизм образования новых гексагидропиридо[1,2-а]пиридинов. Исследована трехкомпонентная реакция трифторацетоуксусного эфира и ацетона с оптически активными монотерпеновыми аминоспиртами. Установлено, что на конечный результат циклизаций оказывает влияние строение аминоспирта и условия реакции. Так, взаимодействие трифторацетоуксусного эфира и ацетона с (1R,2S,3R,5R)-3-амино-6,6-диметилбицикло[3.1.1]гептан-2-олом в диоксане приводит к формированию двух целевых диастереомеров 3-гидрокси-4a,7,7-триметил-3-(трифторметил)декагидро-1H-6,8-метанобензо[4,5]оксазоло[3,2-a]пиримидин-1-она, тогда как реакция с (1S,3R,4R,6R)-4-амино-3,7,7-триметилбицикло[4.1.0]гептан-3-олом в аналогичных условиях останавливается на стадии формирования полупродукта – альдоля. Однако изменение условий на этанол и цеолиты в реакции с (1S,3S,4S,6R)-4-амино-3,7,7-триметилбицикло[4.1.0]гептан-3-олом позволяет получить 5-гидрокси-3-((4-гидрокси-4,7,7-триметилбицикло[4.1.0]гептан-3-ил)амино)-5-(трифторметил)циклогекс-2-ен-1-он в виде смеси двух диастереомеров. Строение синтезированных гетеро- и карбоциклов подтверждено методами спектроскопии ЯМР. Найдено, что трехкомпонентная реакция трифторацетоуксусного эфира с ацетоном и 1,3-диамино-2-пропанолом приводит к образованию сложной смеси продуктов, из которой удалось выделить цис,цис-, цис,транс- и транс,цис-диастереомеры 3,8-дигидрокси-9a-метил-8-(трифторметил)октагидропиридо[1,2-a]пиримидин-6-она. При замене эфирной компоненты на этилтрифторпируват получены цис,цис-, цис,транс- и транс,транс-диастереомеры 3,7-дигидрокси-8a-метил-7-(трифторметил)гексагидро-пирроло[1,2-a]пиримидин-6-она. Формирование полученных гетероциклов реализуется при участии двух аминогрупп диаминоспирта. Все диастереомеры были выделены в чистом виде и охарактеризованы с применением спектроскопии ЯМР и РСА. Образование изомерных гексагидрооксазоло[3,2-a]пиридин-5-она и тетрагидропирроло[2,1-b]оксазол-5-она обнаружено с помощью ГХ-МС и спектроскопии ЯМР 19F. Предложен новый метод получения бициклических γ-лактамов на основе трехкомпонентной циклизации этилтрифторпирувата с метилкетонами и 1,2-/ 1,3-аминоспиртами. В результате синтезирован ряд трифторметилзамещенных тетрагидропирроло[2,1-b]оксазол-5-онов и тетрагидропирроло[2,1-b][1,3]оксазин-6-онов, в которых варьировался заместитель при узловом атоме углерода. Введение двукратного избытка этилтрифторпирувата в реакции с аминоспиртами и ацетоном позволило получить те же бициклы, но функционализированные гидроксиэфирным фрагментом, образующиеся за счет четырехкомпонентных взаимодействий реагентов. Превращения с 2-бутаноном и аминоэтанолом приводят преимущественно к подобным бициклам, тогда как аналогичная реакция с аминопропанолом дает N-гидроксипропил-2,3-дигидропиррол-5-он. Практически все бициклы образуются в виде двух диастереомеров, структура которых определена с помощью спектроскопии ЯМР, включая двумерные эксперименты, и РСА. Предложен домино-механизм образования тетрагидропирроло[2,1-b]оксазациклов, что подтверждено их постадийным синтезом путем предварительного получения альдоля и бис-альдоля из этилтрифторпирувата и метилкетонов. Предложены подходы к синтезу (1-фенил-3-трифторметилпиразолил-4-ил)уксусной кислоты и ее аналогов. Циклизацией диэтил-2-(трифторацетилсукционата) с фенилгидразином синтезирован этиловый эфир 2-(5-гидрокси-3-трифторметил-1-фенилпиразолил-4-ил)уксусной кислоты, последующий кислотный гидролиз которого привел к (1-фенил-3-трифторметилпиразолил-4-ил)уксусной кислоте. Для получения аналогов изучено взаимодействие 3-трифторметил-1-фенилпиразол-5-ола с ацетоном и этилпируватами. Найдено, с ацетоном образуется 4-(4-гидрокси-4-метилпентан-2-илиден)-2-фенил-5-(трифторметил)-2,4-дигидропиразол-3-он, а этилпируватом - этил-2-(5-гидрокси-1-фенил-3-(трифторметил)пиразол-4-ил)акрилат. Установлено, что реакции Дильса-Альдера алкенов с 4-нитрозо-3-трифторметилпиразолами протекают с образованием нестабильных аминопроизводных. Получены новые трифторметил-замещенные антипирины с варьированием заместителя в N-арильном фрагменте. При изучении возможности модификации диаминопроизводного CF3-антипирина найдено, что его метилирование осложняется образованием смеси продуктов в отличие от реакций ацилирования. Завершён цикл исследований по определению антиноцицептивной активности синтезированных на втором этапе 5-алкокси-1-арил-3-полифторалкилпиразолов. Показано in silico, что они имеют приемлемый профиль ADME. В экспериментах in vivo (мыши CD-1) установлено, что эти соединения не обладают токсическими свойствами при дозе более 150 мг/кг (для большинства соединений при дозе > 300 мг/кг, а для лидеров – > 600 мг/кг). 22 вещества из этой серии продемонстрировали от умеренного до высокого обезболивающего эффекта (28-104% через 1 ч и 37-109% через 2 ч после введения) in vivo в тесте с горячей пластиной (крысы SD, 15 мг/кг, внутрибрюшинно (в/б)). Лидером был 4-([1-фенил-3-(трифторметил)пиразол-5-ил]окси)бутан-1-ол, который не только увеличил латентный период в тесте с горячей пластиной на 103% в обе временные точки исследования, но и продемонстрировал выраженный обезболивающий эффект в условиях ноцицепции, индуцированной капсаицином (мыши CD-1, 15 мг/кг, в/б). Согласно молекулярному моделированию, все синтезированные соединения могут взаимодействовать с ионным каналом TRPV1. Эта биологическая мишень была подтверждена в экспериментах in vitro на клетках яичников китайского хомячка, экспрессирующих rTRPV1. 5-Алкоксипиразолы были частичными агонистами ионного канала TRPV1 в различной степени, и наиболее активным был тот же пиразол, что и в тестах in vivo. Завершен цикл исследований по изучению анальгетической активности и острой токсичности 4-аминозамещенных 5-фенил-3-трифторметилпиразолов, полученных на втором этапе проекта. Согласно компьютерным расчетам, все производные аминопиразолов имеют приемлемый профиль ADME. С помощью теста "горячая пластина" in vivo оценена обезболивающая активность синтезированных соединений. Найдено, что 4-арилазометин- и 4-диметиламинопиразолы обладают выраженной анальгетической активностью в сочетании с низкой острой токсичностью. Соединение-лидер - 1-фенил-N-(5-фенил-3-трифторметилпиразол-4-ил)метанимин проявил активность в 1.4-2.2 раза превышающей эффект диклофенака и метамизола.