Противовирусные агенты. Iv. Синтез 1-[4-(арил)бутил]-производных урацила

Д. А. Бабков, М. П. Парамонова, А. А. Озеров, М. С. Новиков

Кафедра фармацевтической и токсикологической химии ВолгГМУ, лаборатория фармацевтической химии ВНЦ РАМН

ПРОТИВОВИРУСНЫЕ АГЕНТЫ.

IV. СИНТЕЗ 1-[4-(АРИЛ)БУТИЛ]-ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА

УДК 615.3:547.854.4

С целью исследования путей получения новых потентных ингибиторов обратной транскриптазы вируса иммунодефицита человека получены 1-[4-(арил)бутил]-производные урацила путем конденсации 2,4-бис(триметил-силилокси)пиримидина с 4-(арил)бутил бромидами. Изучены физико-химические и спектральные свойства синтезированных соединений.

Ключевые слова: синтез, урацил, 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидин,

потенциальные противовирусные агенты.

D. A. Babkov, M. P. Paramonovа, A. A. Ozerov, M. S. Novikov

ANTIVIRAL AGENTS. IV. SYNTHESIS OF 1-[4-(ARYL)BUTYL]URACIL DERIVATIVES

Novel 1-[4-(aryl)butyl]uracil derivatives were obtained via sylil-Hilbert-Johnson reaction between 2,4-bis(trimethylsyliloxy)pyrimidine and corresponding 4-(aryl)butyl bromides with the purpose of investigating the synthetic approach to new potent non-nucleoside HIV-1 reverse trascriptase inhibitors. Target compounds were characterized by their physico-chemical and spectral properties.

Key words: synthesis, uracil, 2,4-bis(trimethylsilyloxy)pyrimidine, potential antiviral agents

Согласно данным, приведенным в докладе UNAIDS о глобальной эпидемии синдрома приобретенного иммунодефицита за 2010 г [15], в мире насчитывается порядка 33,3 млн ВИЧ-положительных людей. Только за 2009 г зарегистрировано 2,6 млн новых случаев инфицирования. Количество ВИЧ-ассоциированных смертей за тот же период оценивается в 1,8 млн.

С 1995 г. в качестве основы долговременного лечения ВИЧ-инфекции применяется комбинация препаратов, получившая название высокоактивной ан-тиретровирусной терапии (ВААРТ) [6]. Ненуклеозид-ные ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ (ННИОТ) являются ее ключевыми компонентами в силу своих уникальных особенностей: они способны эффективно супрессировать вирусную репликацию, проявляют существенно меньшую токсичность по сравнению с антиретровирусными препаратами других классов, обладают благоприятными фармако-кинетическими профилями. Однако терапевтический потенциал разрешенных для клинического применения ННИОТ ограничивается быстрым возникновением резистентных к ним штаммов вируса. Несмотря на активные усилия, предпринимаемые исследовательскими группами по всему миру, поиск новых высокоэффективных, хорошо переносимых ННИОТ, способных сделать ВААРТ доступной и эффективной в длительной перспективе времени, до сих пор представляется крайне актуальной задачей [4].

Обратная транскриптаза (ОТ) ВИЧ — биологическая мишень ННИОТ—синтезирует провирусную

ДНК, используя 3 вида каталитической активности: РНК-зависимую ДНК-полимеризацию, РНК-азную активность, ДНК-зависимую ДНК-полимеризацию, завершающую формирование двухцепочечной молекулы ДНК, кодирующей вирусный геном. Встраивание нуклеотидтрифосфата в цепь ДНК не всегда происходит по принципу комплементарности—фермент допускает в среднем 2 ошибки на каждые 10 000 пар азотистых оснований [5]. Это приводит к вариациям аминокислотной последовательности синтезируемых впоследствии вирусных белков, а значит, и это наиболее важно, к появлению му-тантных форм ОТ ВИЧ. Замена аминокислот, составляющих аллостерический центр фермента, приводит к изменению конфигурации последнего, в чем и заключается механизм приобретения резистентности ВИЧ к ННИОТ (в том числе кросс-резистентности) [12].

В настоящее время известно более 30 структурно разнородных классов ННИОТ ВИЧ. Для многих из них характерно наличие в молекуле трех ароматических колец. Типичным примером служит этра-вирин (1), одобренный для клинического применения в 2008 г. [13]. Конформация связывания с ОТ ВИЧ для соединений этого типа описывается «моделью бабочки». Наряду с этим известно несколько классов ННИОТ, содержащих лишь два ароматических кольца, соединенных мостиком (соединения 2 и 3) [13], причем все они демонстрируют противовирусную активность в наномолярных концентрациях и улуч-

шенные профили активности в отношении клинически важных мутантных изолятов ВИЧ. В частности, в ходе оптимизации структуры этравирина было открыто соединение R100943 (3), которое благодаря большой гибкости способно к более тесному контакту с сайтом связывания. При этом его конформация в сайте связывания существенно отличается от вышеописанной и получила название «подковы» [10]. Более того, в ходе исследования роли тетразола в связывании тиотетразолилацетанилидов (4) с ОТ ВИЧ было установлено, что наличие среднего кольца не является обязательным для проявления вирус-ингибиторных свойств и оно может быть заменено простым Z-алке-нильным фрагментом [8]. Следует отметить, что ароматические радикалы всех приведенных ННИОТ 1-4 (рис. 1) взаимодействуют с одним и тем же набором

аминокислотных остатков ОТ, входящих в состав сайта связывания (гидрофобного кармана).

Обобщая приведенные факты, можно сказать, что, согласно современным представлениям, молекула ННИОТ должна обладать высокой конформационной лабильностью, которая обеспечит ей способность к ре-ориентации и репозиционированию внутри гидрофобного кармана ОТ в случае мутаций [13]. Структуры, имеющие общую структурную формулу (рис. 2), содержат два циклических фрагмента, разделенные гибким лин-керным участком, и полностью отвечают этим требованиям. Основываясь на данной концепции, наша лаборатория синтезировала ряд потенциальных противовирусных агентов, основу структуры которых составляют два ароматических кольца, соединенных кислородсодержащим ациклическим фрагментом [1, 3].

О'

,О

S

л.

N N N Н Н

2

CN

Н

N. .N4

т

NH О

3

N

//

Хч / о

N о

С1

С1

О

R'

4

Рис. 1. Известные ненуклеозидные ингибиторы обратной транскринтазы ВИЧ-1

О

О

Рис. 2. Рабочая гипотеза

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработать методы синтеза, исследовать физико-химические и спектральные свойства 1-[ю-(арил)алкил]-производных урацила.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Спектры ЯМР 1Н регистрировались на спектрометре «Вгикег DRX-500» (400 МГц) в ДМСО^6, внутренний стандарт—тетраметилсилан. Тонкослой-

1

2

5

ная хроматография выполнена на пластинах «Сорб-фил» (Россия), элюент—этилацетат, проявление — в парах йода. Температуры плавления измерены в стеклянных капиллярах на приборе «Mel-Temp 3.0» (Laboratory Devices Inc., США).

1-Бром-4-фенилбутан (6). Приготовление катализатора. В реактор на 500 мл в условиях, исключающих попадание влаги, помещают 50 мл абсолютного тетрагидрофурана (ТГФ), 0,27 г (6,4 ммоль) свежепрокаленного LiCl и 0,61 г (3,2 ммоль) CuI. Перемешивание смеси с помощью магнитной мешалки продолжают до перехода суспензии белого цвета в прозрачный желтый раствор.

Приготовление фенилмагнийбромида. В реактор на 250 мл, снабженный обратным холодильником и осушительной трубкой, помещают 1,7 г (70 ммоль) магниевой стружки, 60 мл абсолютного ТГФ. При перемешивании и нагревании до 40 °С с помощью пипетки добавляют 6,7 мл (63,7 ммоль) бромбензола и несколько кристаллов йода. После вскипания смеси перемешивание продолжают в течение 20 мин.

Процедура кросс-сочетания. К раствору катализатора добавляют 25 мл (191,1 ммоль) 1,4-дибром-бутана, смесь нагревают до 50 °С. Раствор реактива Гриньяра декантируют в капельную воронку с компенсатором, установленную в боковое горло реактора, и добавляют к смеси при перемешивании с такой скоростью, чтобы поддерживать внутреннюю температуру в пределах 50—55 °С. Перемешивание продолжено в течение 1 ч. При этом наблюдалось изменение цвета с золотисто-желтого на изумрудно-зеленоватый, затем на желто-зеленый и, наконец, на черный с желтоватым оттенком. После охлаждения до комнатной температуры реакционную смесь выливают в 200 мл 10%-го раствора NH4Cl, органическую фазу отделяют, водную фазу трижды экстрагируют 40 мл этилацетата. Объединенные органические экстракты промывают водой и упаривают при пониженном давлении, избыток 1,4-дибромбутана отгоняют при 91—94 °С (25 мм рт. ст.), остаток разгоняют в вакууме масляного насоса и получают 6 г 6 (Ткип 127—130 °С при 6 мм рт. ст., выход 44 %) в прозрачной желтоватой жидкости. 1H ЯМР-спектр (AMCO-D6), 5, м.д., J (Гц): 1,79 м (4H, СН2, CH2); 2,57 т (2H, J = 7,4, CCH2); 3,29 т (2H, J = 7,6, BrCH2); 7,22 м (5H, Н-2', H-3', H-4', H-5', H-6').

Соединения 7-9 были получены аналогично.

1 -[4-(Фенил)бутил]урацил (10).

Метод А. В круглодонной колбе на 100 мл, снабженной обратным холодильником и осушительной трубкой, смешивают 2,4-бис(триметилсилилок-си)пиримидин, полученного из 1 г (8,9 ммоль) ура-цила, и 1,9 г (8,9 ммоль) бромида 6. Смесь нагревают при 160 °С 1,5 ч. Полученный плав растворяют в 40 мл этилацетата и 10 мл пропан-2-ола. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают 8 мл этилацетата, фильтрат упаривают при пониженном давлении, остаток кристаллизуют при растирании с

эфиром и перекристаллизовывают из смеси 35 мл ацетона и 25 мл воды. Полученный осадок кремо-ватого цвета, массой 1,05 г, растворяют в 25 мл кипящего ацетона, полученный раствор очищают фильтрованием через слой силикагеля, для кристаллизации к фильтрату добавляют 30 мл н-гекса-на. Масса отфильтрованного и высушенного на воздухе продукта 10 составила 0,6 г (выход 26 %). 1Н ЯМР-спектр (ДМСО^6), 5, м.д., J (Гц): 1,56 м (4Н, СН2, СН2); 2,57 т (2Н, J = 7,5, ССН2); 3,68 т (2Н, J = 6,8, ^СН2); 5,54 дд (1Н, J = 7,8, 2,14, Н-5); 7,17 м (3Н, Н-2', Н-4', Н-6'); 7,26 м (2Н, Н-3', Н-5'); 7,62 д (1Н, J = 7,8, Н-6); 11,21 с (1Н, NH).

Метод Б. В круглодонную колбу на 100 мл, снабженную обратным холодильником и осушительной трубкой, помещают 2,4-бис(триметилсилилокси)пири-мидин, полученный из 1 г (8,9 ммоль) урацила, 1,9 г (8,9 ммоль) бромида 6, 8 мг (0,5 ммоль) свежепрокаленного К1, 180 мг (0,5 ммоль) дибензо-18-краун-6 эфира и 20 мл 1,2-дихлорэтана, перегнанного над Р205. Кипячение под обратным холодильником продолжают в течение 30 часов, после чего реакционную смесь разбавляют 10 мл пропан-2-ола, профильтровывают через слой силикагеля, упаривают при пониженном давлении. После перекристаллизации остатка из смеси 25 мл ацетона и 30 мл н-гексана получено 0,71 г 10 в виде белого кристаллического вещества (выход 33 %).

Соединения 11-13 были получены по методу А.

1 -[4-(2-Метилфенил)бутил]урацил (11). 1Н ЯМР-спектр (ДМСО^6); 5, м.д., J (Гц): 1,49 кв (2Н, J = 7,3 , СН2); 1,64 кв (2Н, J = 7,3, СН2); 2,24 с (3Н, СН3); 2,54 т (2Н, J = 7,7, ССН2); 3,69 т (2Н, J = 7,1, NCH2); 5,55 дд (1Н, J = 7,8, 2,14, Н-5); 7,08 м (4Н, Н-3', Н-4', Н-5',Н-6'); 7,63 д (1Н, J = 7,8, Н-6); 11,22 с (1Н, NH).

1 -[4-(3-Метилфенил)бутил]урацил (12).

1Н ЯМР-спектр (ДМСО^6); 5, м.д., J (Гц): 1,55 м (4Н, СН2, СН2); 2,26 с (3Н, СН3); 2,55 т (2Н, J = 7,5, ССН2); 3,67 т (2Н, ^ J = 6,7, NCH2); 5,54 дд (1Н, J = 7,8, 2,08, Н-5); 6,97 м (3Н, Н-2', Н-4', Н-6'); 7,14 т (1Н, J = 7,3, Н-5'); 7,62 д (1Н, J = 7,8, Н-6); 11,21 с (1Н, NH).

1 -[4-(4-Метилфенил)бутил]урацил (13). 1Н ЯМР-спектр (ДМСО^6); 5, м.д., J (Гц): 1,55 м (4Н, СН2, СН2); 2,25 с (3Н, СН3); 2,53 т (2Н, J = 7,5, ССН2); 3,67 т (2Н, J = 6,9, NCH2); 5,54 дд ( 1Н, J = 7,8, 2,14, Н-5); 7,06 м (4Н, Н-2', Н-3', Н-5', Н-6'); 7,61 д (1Н, J = 7,8, Н-6); 11,19 с (1Н, NH).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Целевые соединения 10-13 были синтезированы в два этапа, как это показано на рис. 3. На первой стадии арилалкилбромиды 6-9 были получены сочетанием 1,4-дибромбутана, взятого в 3-кратном мольном избытке, с арилмагнийбро-мидами в условиях катализа дихлориодкупратом (I) лития в среде абсолютного ТГФ [9]. Выход бромидов 6-9 составил 44—57 %.

R

Br

a, b

R

R

O

6- 9

10-13

Рис. 3. Схема синтеза 1-[4-(арил)бутил]-производных урацила. Реагенты и условия: (a) Mg, THF; (b) Br(CH2)4Br, 5 mol% Li2[CuICl2], THF, 50—55 °C; (c) 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидин, 160 °С, 90 мин

Вторая стадия, представляющая собой конденсацию эквимолярных количеств бромидов 6-9 с 2,4-бис(триметилсилиокси)пиримидином путем нагревания при 160 оС без растворителя, была проведена в соответствии с ранее опубликованной методикой [2] (метод А), что привело к 1 -[4-(арил)бутил]-производным урацила 10-13 с неожиданно низкими выходами (32— 40 %). С целью увеличения выхода соединение 10 было получено конденсацией эквимолярных количеств 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидина и бромида 6 в присутствии каталитических количеств иодида калия с использованием в качестве межфазного катализатора дибензо-18-краун-6 в среде безводного 1,2-дихло-рэтана (метод Б). Данный метод является модификацией опубликованной ранее методики Ы1-алкилирова-ния [11], заключающейся в превращении бромида 6 in situ в соответствующий иодид по реакции Финкель-штейна. Однако и это не привело к существенному повышению выхода целевого соединения (табл.). Свойства синтезированных соединений

O

Соединение R Rfa Тпло С Выход", %

10 H 0,59 118—119,5 32 (33)c

11 2-Me 0,60 143—144,5 40

12 3-Me 0,60 134,5—135,5 26

13 4-Me 0,61 130—131 30

Примечание. a — элюент: этилацетат; b — получены по методу А; c — получены по методу Б.

Возможным объяснением этого может служить деградация арилалкилбромидов посредством де-гидрогалогенирования, катализируемого неподелен-ной электронной парой азота в 2,4-бис(триметилси-лилокси)пиримидине. Похожий пример элиминирования галогеноводорода описан в литературе [7], где авторы сообщают о 45%-м выходе целевого соединения. В связи с этим требуют объяснения экспериментальные данные, полученные при алкили-ровании 2,4-бис(триметилсилиокси)пиримидина ю-арилоксиалкилбромидами 14 со средним выходом 70% [1, 3]. Можно предположить, что в последнем случае имеет место стабилизация переходного карбокатиона 15 путем взаимодействия вакантной sp2-орбитали терминального атома углерода с одной из неподеленных электронных пар атома кислорода (рис. 4). Очевидно, в случае бромидов 6-9 это невозможно.

С другой стороны, образование спиро-фено-ниевого интермедиата, как это показано в случае фенетилбромидов (рис. 5) [14], не может быть достаточно эффективным в силу большей длины боковой цепи.

Причины необычного поведения 4-(арил)бутил-бромидов в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона, а также пути преодоления возникших затруднений будут являться предметом будущих исследований.

Чистоту полученных соединений определяли методом тонкослойной хроматографии, строение — ЯМР-спектроскопией, физико-химические свойства представлены в таблице.

c

R

,O

R

Br - Br-

+ Br-

R

R

Рис. 4. Вероятный механизм стабилизации карбокатионов ш-арилоксиалкилбромидов

Рис. 5. Фенониевый катион

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, нами синтезированы 4 новых, ранее не описанных в литературе производных урацила, содержащих в положении N1 пири-мидинового цикла 4-(арил)бутильный фрагмент, изучены их спектральные и физико-химические свойства. Соединения этого ряда представляют большой интерес в качестве потенциальных противовирусных агентов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабков Д. А, Парамонова М. П., Озеров А. А., Новиков М. С. // Волг науч.-мед. ж. — 2011. — № 30 — С. 15.

2. Новиков М. С., Озеров А. А. // Химия гетероцикл. соед. — 2005. — Т. 41. — C. 1071—1075.

3. Парамонова М. П., Бабков Д. А, Озеров А. А. и др. // Волг. науч.-мед. ж. — 2011. — № 30 — С. 17.

4. Armbruster C. // Anti-Infective Agents Med. Chem. — 2008. — Vol. 7. — P. 201.

5. Castro H. C, Loureiro N. I. V., Pujol-Luz M., et al. // Curr. Med. Chem. — 2006. — Vol. 13. — P. 313.

6. De ClercqE. // Nat. Rev. Drug Discov. — 2007. — Vol. 6. — P. 1001—1018.

7. Forth M. A, Mitchell M. B, Smith S. A. // J. Org. Chem. — 1994. — Vol. 59 — P. 2616—2619.

8. Gagnon A., Landry S, Coulombe R, et al. // Bioorg. Med. Chem. Lett. — 2009 — Vol. 19 — P. 1199.

9. Leal W. S, Bento J. M. S, Murata Y, et al. // J. Chem. Ecol. — 2001 — Vol. 27 — P. 2041.

10. Ludowici D. W, Kukla M. J., Grous P. G., et al. // Bioorg. Med. Chem. Lett. — 2001. — Vol. 11. — P. 2225.

11. Malik V., Singh P., Kumar S. // Tetrahedron. — 2005. — Vol. 61. — P. 4009—4014.

12. Perno C.-F, Moyle G, Tsoukas C, et al. // M. J. Med. Virol. — 2008. — Vol. 80. — P. 565.

13. Regina G, Coluccia A., Silvestri R. // Antivir. Chem. Chemoter. — 2010. — Vol. 20. — P. 213.

14. Smith M. B., March J. // March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 6th Ed. — Wiley-Interscience, N. Y. — 2007. — P. 455.

15. UNAIDS Report on The Global AIDS Epidemic, UNAIDS, WHO, 2010, http://www.unaids.org/globalreport/.