Yeni benzimidazol türevlerinin tasarlanması, docking çalışmaları, sentez ve anti-enflamatuvar, antioksidan aktivitelerinin araştırılması
Designing new benzimidazole derivatives, docking studies, synthesis and investigation of anti-inflammatory, antioxidant activities
Yazar: HIND MOHAMMED OSMAN KHALIFA HIND MOHAMMED OSMAN KHALIFA
Danışman: PROF. DR. CANAN KUŞ
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry

Özet:
NSAİİ'lerin çeşitli formları arasında, imidazol ve altı üyeli halkalarla kaynaşmış imidazol türevleri, analjezik ve anti-enflamatuar ilaçlar olarak önemli bir role sahiptirler. Benzimidazol parçasının, anti-enflamatuar ilaçlar için minimum yapısal gereklilikleri karşılamakta olduğu bildirilmişdir. Benzimidazol parçası içeren birçok molekülün analjezik aktivitenin yanı sıra önemli anti-enflamatuar ve antioksidan aktivitelere de sahip olduğu bildirilmiştir. Bu araştırmanın amacı, yeni benzimidazol türevlerinin tasarımı, sentezi, karakterizasyonu, docking çalışmaları, anti-enflamatuvar ve antioksidan aktivitelerinin araştırılmasıdır.
5-(4-Klorofenoksi)- veya 5-(benziloksi)-2-nitroanilin, DMF içinde anhidr K2CO3 varlığında, 5-kloro-2-nitroanilin ve 4-kloro-fenol veya benzil alkolden sentezlendi. 5-kloro-4-floro-2-nitroanilin veya 5-kloro-N1-etil-4-floro-2-nitroanilin ve morfolin, DMSO içinde 145-150 0C'de 6 saat ısıtıldı. 5-Kloro-4-floro-2-nitroanilin ve 1-fenilpiperazin ve anhidroz K2CO3, DMF içinde 60 0C'de 6 saat ısıtıldı. 2,4-Dikloro-1-nitrobenzen DMF içinde çözüldü, ardından (4-klorofenil)metanamin ve anhidroz K2CO3 eklendi ve karışım 80 0C'de 6 saat ısıtıldı. 1-kloro-2-nitrobenzen, propilamin ve anhidroz K2CO3 ile 80 0C'de 3 saat boyunca reaksiyona sokuldu. Yukarıdaki tüm ara ürünler soğuk su ilavesinden sonra elde edildi, süzüldü, kurutuldu ve etanol ile kristallendirildi. Yukarıdaki ara ürünlerdeki nitro grubu SnCl2/HCl ile ortamda redüklendi ve oda sıcaklığında 30 dakika karıştırıldı. Redüklenen bileşikler, DMF içinde 135 0C'de 12 saat boyunca ilgili sübstitüe benzaldehitlerin sodyum metabisülfit tuzları ile reaksiyonda kullanıldı. Hedef bileşikler H1-H26'yı elde etmek için kolon kromatografisi ile saflaştırıldı. 4-(6-kloro-5-floro-1H-benzo[d]imidazol-2-il)benzonitril bileşiği hidroksilamonyum klorür NH2OH.HCl ve potasyum tert-butoksit KO.t-But ile reaksiyona sokularak H27 bileşiği elde edildi. Nihai H1-H27 bileşiklerinin kimyasal yapıları çeşitli spektral yöntemler (MS, 1H NMR ve 13C NMR) kullanılarak tespit edilmiştir. Sentezlenen bileşikler, İnsan Kırmızı Kan Hücresi Membran Stabilizasyon Kapasitesi kullanılarak anti-enflamatuar aktivitesi açısından test edilmiş ve ABTS ve DPPH kullanılarak antioksidan aktivite açısından test edilmiştir. Yerleştirme çalışması Cresset Flare yazılımı kullanılarak COX-1, COX-2 ve sitokrom oksidaz enzimlerine karşı yapıldı ve ilgili skorlar kaydedildi. Farmakokinetik özellikler ve ilaç benzerlikleri SwissADMET çevrimiçi sunucusu kullanılarak tahmin edilmiştir.
İnsan kırmızı kan hücresi membranlarının stabilizasyon kapasitesinde en yüksek aktivite sırasıyla %79,35 ve %78,42 stabilizasyon kapasitesi ile H11 ve H22'de bulunmuştur. Yeni sentezlenen moleküllerin DPPH serbest radikal süpürme etkileri en yüksek inhibisyonu H27 bileşiğinde (%48,04) göstermiştir. Bu aktiviteyi %35,32 inhibisyon ile H22 takip etmiştir. Yeni sentezlenen moleküllerin ABTS serbest radikali üzerindeki süpürücü etkileri, 0,01 mM, 0,1 mM ve 1 mM konsantrasyonlarda sırasıyla %31,89; %93,02 ve %94,40 ile en yüksek inhibisyonu H27'nin gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu aktiviteyi 0,1 mM'da %28,22 ve 1 mM için %84,93 ile H22 izlemiştir. En yüksek total antioksidan kapasiteye sahip molekül gram numune başına 48,33±1,47 mg AAE ile H27 olarak bulunmuştur. Sentezlenen bileşikler arasında en yüksek anti-enflamatuar aktiviteyi sergileyen H11 bileşiğinin yerleştirme çalışması, COX enzimine bağlandığında daha kararlı bir bağlanma etkileşiminin göstergesi olarak daha düşük bir enerji skoru göstermiştir (-10,01 kcal/mol). Ayrıca H27 bileşiği sitokrom oksidaz ile yerleştirildiğinde yüksek antioksidan aktivite ve düşük enerji skoru (-8,02 kcal/mol) ile yüksek kararlılıkta bağlanma göstermektedir.

Abstract:
Among the several forms of NSAIDs, imidazole and fused imidazole with six-membered rings hold a prominent role as analgesic and anti-inflammatory medicines. The benzimidazole moiety meets the minimum structural requirements for anti-inflammatory drugs. It has been reported that many molecules containing benzimidazole moiety have significant anti-inflammatory as well as analgesic and antioxidant activities. The aim of this study to design, synthesize, characterize, docking Studies and investigate the anti-inflammatory and antioxidant activities of new benzimidazole derivatives.
5-(4-chlorophenoxy)- or 5-(benzyloxy)-2-nitroanilin was synthesized from 5-chloro-2-nitroaniline and 4-Chloro-phenol or benzyl alcohol, respectively, in the presence of anhydrous K2CO3 in DMF. 5-chloro-4-fluoro-2-nitroaniline or 5-chloro-N1-ethyl-4-fluoro-2-nitroaniline and morpholine were heated in DMSO at 145-150 0C for 6 hours. 5-Chloro-4-fluoro-2-nitroaniline dissolved in DMF with 1-phenylpiperazine and anhydrous K2CO3, then heated at 60 0C for 6 hours. 2,4-Dichloro-1-nitrobenzene was dissolved in DMF, then (4-chlorophenyl)methanamine and anhydrous K2CO3 were added and the mixture was heated at 80 0C for 6 hours. 1-chloro-2-nitrobenzene was reacted with propylamine and anhydrous K2CO3 at 80 0C for 3 hours. All the intermediate products above were obtained after addition of cold water, filtered, dried, and crystallized by ethanol. The nitro group in the above intermediates was reduced in the medium with SnCl2/HCl and stirred at room temperature for 30 minutes. The reduced compounds were used in reaction with sodium metabisulfite salts of the respective substituted benzaldehydes in DMF at 135 0C for 12 hours. The target compounds H1-H26 were purified by column chromatography. Compound 4-(6-chloro-5-fluoro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzonitrile was reacted with hydroxylammonium chloride NH2OH.HCl and potassium tert-butoxide KO.t-But to obtain compound H27. The chemical structures of the final compounds H1-H27 were deduced using various spectral tools (MS, 1H NMR and 13C NMR). The synthesized compounds were tested for its anti-inflammatory activity using Human Red Blood Cell Membrane Stabilisation Capacity and tested for antioxidant activity using ABTS and DPPH. The docking study was done against COX-1, COX-2 and cytochrome oxidase enzymes using Cresset Flare software and the corresponding scores were recorded. Complementary pharmacokinetics properties and their drug likeness was predicted using SwissADMET online server. 
The highest activity in stabilisation capacity of human red blood cell membranes was found in H11 and H22 with 79.35% and 78.42% stabilisation capacity, respectively.  The DPPH free radical scavenging effects of the newly synthesised molecules showed the highest inhibition in compound H27 (48.04%). This activity was followed by H22 with 35.32% inhibition. The scavenging effects of the newly synthesised molecules on ABTS free radical showed the highest inhibition of H27 with 31.89%, 93.02% and 94.40% at 0.01 mM, 0.1 mM and 1 mM concentrations, respectively. This activity was followed by H22 with 28.22% at 0.1 mM and 84.93% for 1 mM. The molecule with the highest total antioxidant capacity was found to be H27 with 48.33±1.47 mg AAE per gram sample. The docking study of compound H11, which exhibited the highest anti-inflammatory activity among the synthesised compounds, showed a lower energy score (-10.01 kcal/mol) indicative of a more stable binding interaction when bound to the COX enzyme. Furthermore, compound H27 shows high antioxidant activity and high stability binding with a low energy score (-8.02 kcal/mol) when docked with cytochrome oxidase.