СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-(1-АДАМАНТИЛ)-5R-ТЕТРАЗОЛОВ, ПРОЯВЛЯЮЩИХ АКТИВНОСТЬ ПРОТИВ ВИРУСА ГРИППА А
METHOD OF OBTAINING OF 2-(1-ADAMANTYL)-5R-TETRAZOLES, DEMONSTRATING ACTIVITY AGAINST TYPE A INFLUENZA VIRUS

Изобретение относится к области фармации, медицинской химии и к химии азолоадамантанов, в частности к способам получения 2-(1-адамантил)-5-R-тетразолов - перспективных химиопрепаратов для лечения заболеваний, вызываемых вирусом гриппа A, в том числе пандемически опасных штаммов подтипа вируса H1N1 («свиной грипп»).
Изобретение может быть использовано при производстве лекарственных веществ, применяемых в терапии заболеваний, вызываемых возбудителями вирусных инфекций.
Первым из известных противовирусным препаратов для лечения вирусных инфекций был амантадин (1-аминоадамантан). Он положил начало целому классу противовирусных препаратов, содержащих в молекулярной структуре адамантильный фрагмент. В СССР, вместо амантадина, в практику лечения гриппозной инфекции был внедрен более эффективный и менее токсичный препарат ремантадин [1, 2].
Амантадин и ремантадин имеют одну и ту же мишень: адамантансвязывающий сайт вирусного белка М2 Про25-Сер31. Однако резистентные вирусные штаммы, являющиеся причиной пандемии гриппа в 21-м веке, такие как вирус гриппа A (H1N1), устойчивы к действию указанных выше препаратов. В связи с этим чрезвычайно актуальными являются поиск и разработка новых, активных в отношении вируса гриппа А лекарственных средств с аналогичным амантадину и ремантадину механизмом действия. Известно, что производные пятичленного высокоазотистого гетероцикла - тетразола обладают свойствами биоизостерических аналогов цис-амидной группы, а также и другими уникальными свойствами, определяющими в комплексе высокую биологическую активность, метаболитическую стабильность и низкую токсичность производных тетразола. В связи с этим перспективным направлением химиотерапии вируса гриппа A является «молекулярное конструирование» (молекулярный дизайн) и разработка рациональных способов синтеза новых препаратов, в молекуле которых сочетаются адамантильный и тетразольный фрагменты [3].
Известен способ получения 1-(1-адамантил)-5-метилтетразола нагреванием дегидроадамантана и 5-метилтетразола, в отсутствии растворителя. Сведения о биологической активности 1-(1-адамантил)-5-метилтетразола отсутствуют [4].
Известный способ [4] имеет узкую область применения, поскольку продуктом синтеза может только одно соединение - 1-(1-адамантил)-5-метилтетразол, не проявляющий биологической активности в отношении вируса гриппа А.
6
4
4
2
2
6
4
Известен способ получения 2-(1-адамантил)-5-арилтетразолов [5], который основан на получении 5-арилтетразолов (RCHCNH, R=H, 4-F, 3-NO, 2-NO) из нитрилов замещенных бензойных кислот (RCHCN) и азида аммония в результате длительного (8-20 ч) нагревания (90-110°C), в диметилформамиде с последующим их (5-арилтетразолов) адамантилированием 1-адамантанолом в растворе серной кислоты с концентрацией 94% мас.
Область применения способа-аналога [5] ограничена получением соединений, содержащих арильные заместители у атома углерода тетразольного кольца. Применение на стадии адмантилирования серной кислоты с концентрацией 94% мас. позволяет получить только соединения с R=Ar. Кроме того, этот способ достаточно взрывоопасен за счет высокой вероятности детонации на стадии синтеза 5-арилтетразола из-за перехода взрывчатого азида аммония в газовую фазу (сублимации) вследствие длительного нагревания реакционной массы.
Отметим, что в публикации [5] (способ-аналог) не приведены методики синтеза 5-арилтетразолов и не дана ссылка на первоисточник, согласно которому получены 5-арилтетразолы. В то же время именно адамантилированием 5-арилтетразолов, не являющихся коммерчески доступными соединениями, получены целевые продукты - 2-(1-адамантил)-5-арилтетразолы. Ссылка на первоисточник [6], в котором изложен способ получения 5-арилтетразолов, дана в более поздней публикации этих же авторов [7].
Известен способ получения 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1 [7], где R=алкильные, фенильная и арильные группы
<mrow><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup><msubsup><mi>N</mi><mn>3</mn><mo>−</mo></msubsup></mrow>
2
4
Стадии синтеза соединений 1 в способе [7] реализуются в той же последовательности, как и в способе-аналоге [5]. Нитрил карбоновой кислоты (RCN) азид аммония (
) в соотношении 1.2-1.8 моль азида аммония на 1 моль нитрила в диметилформамиде нагревают в течение 100-120°C при температуре 100-120°C, после чего выделяют 5R-тетразолы, которые далее обрабатывают 1-адамантанолом в серной кислоте с концентрацией 94% мас. или смесью HSO - АсОН в соотношении 1:4 и выдерживают реакционную смесь в течение 40 мин при комнатной температуре [7].
Известный способ [7] является наиболее близким по достигаемому техническому результату и выбран в качестве прототипа.
1
2
Недостатками известного способа-прототипа [7] являются невысокий выход конечных продуктов, их недостаточно высокое качество за счет использования не оптимальных кислотных сред на стадии адамантилирования, а также высокая взрывоопасность на стадии синтеза 5R-тетразолов. На стадии адмантилирования 5R-тетразолов из-за различной региоселективности (образование N и N региоизомеров по тетразольному циклу) адамантилирования 1-адамантанолом 5-арилтетразолов и 5-алкилтетразолов применяют либо серную кислоту с концентрацией 94% масс., либо систему серная кислота-уксусная кислота в массовом соотношении 4:1. Отсутствие в способе-прототипе [7] кислотной среды, унифицированной для процесса адамантилирования как 5-арил-, так и 5-алкил тетразолов, является существенным препятствием для перехода от лабораторного к опытно-промышленному масштабу синтеза 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1.
Действительно, следуя способу-прототипу [7] для адамантилирования 5R-тетразолов с различными заместителями R, необходимо каждый раз подбирать индивидуальную кислотность среды, что, кроме указанных выше недостатков, приводит к более высоким временным затратам и удорожанию выхода целевого продукта.
Заявленный способ свободен от этих недостатков.
Техническим результатом заявленного способа является повышение выхода конечных продуктов, их качества, а также существенное снижение взрывоопасности процессов.
В заявленном способе технический результат достигается за счет снижения вероятности протекания побочных процессов термического разложения 5R-тетразолов, исключения вероятности сублимации азида аммония, а также в применении унифицированной кислотной среды, которая позволяет проводить адамантилирование 5R-тетразолов с высоким избирательным (региоселективным) выходом целевых продуктов.
<mrow><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup><msubsup><mi>N</mi><mn>3</mn><mo>−</mo></msubsup></mrow>
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1, проявляющих активность против вируса гриппа А, заключающемся в том, что реакционную смесь, состоящую из нитрила карбоновой кислоты (RCN), азида аммония (
) в соотношении 1.2-1.8 моль азида аммония на 1 моль нитрила в диметилформамиде, нагревают при температуре 90-110°C, после чего выделяют 5R-тетразол, который обрабатывают 1-адамантанолом в кислотной среде с образованием соединений 1,
3
2
5
R=H, CH, CH, ,, , , ,
в соответствии с заявленным изобретением нагревание реакционной смеси осуществляют электромагнитным излучением с частотой 2450 МГц и выдерживают эту реакционную смесь при 90-110°C не более 2-х часов, а обработку 1-адамантанолом проводят в серной кислоте с концентрацией не менее 98% масс.
Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что серную кислоту берут в массовом соотношении на 1 масс. долю 5R-тетразола на 5 масс. долей серной кислоты.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что электромагнитное облучение проводят в микроволновой станции при непрерывном облучении и контроле температуры.
Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что электромагнитное облучение проводят в камере микроволновой станции типа MLS ETHOS, в частности, производства Milestone Inc. с мощностью не более 1000 Вт.
<mrow><mi>N</mi><msubsup><mi>H</mi><mn>4</mn><mo>+</mo></msubsup><msubsup><mi>N</mi><mn>3</mn><mo>−</mo></msubsup></mrow>
Таким образом, сущность заявленного способа, в отличие от прототипа, состоит в том, что нагрев реакционной смеси, состоящей из нитрилов карбоновой кислоты (RCN), азида аммония (
) в соотношении 1.2-1.8 моль азида аммония на 1 моль нитрила в диметилформамиде, осуществляют посредством электромагнитного излучения с частотой 2450 МГц и выдерживают эту реакционную смесь при температуре 90-110°C не более 2 ч, после чего выделяют 5R-тетразолы, которые обрабатывают 1-адамантанолом в среде серной кислоты с концентрацией не менее 98% масс.
Применение электромагнитного излучения с частотой 2450 МГц (микроволновый диапазон) и температуры 90-110°C позволяет существенно (~ в 5 и более раз) сократить время конверсии нитрилов (RCN) в 5R-тетразолы, что является приемлемым решением изложенной выше технической проблемы. А именно: при времени выдержки 1.5-2 ч и при температуре 90-110°C не происходит заметной сублимации азида аммония из реакционной смеси, что делает процесс практически взрывобезопасным. Выходы 5-R-тетразолов в случае (R=алкил) составляют 70-81%, что на 20-30% выше по сравнению с выходами, указанными в способе-прототипе [7], а выходы 5R-тетразолов (R=Ar) составляют 73-85%, что выше в среднем на 8% по сравнению с выходами, указанными в первоисточнике [6], использованном авторами способа-прототипа [7]. Применение на стадии адамантилирования 5R-тетразолов 1-адамантанолом унифицированной кислотной среды - серной кислоты с концентрацией не менее 98% маc. позволяет получить 2-(1-aдaмaнтил)-5R-тeтpaзoлы 1 практически со 100%-ной региоселективностью. Выходы 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1 в заявляемом способе в среднем на 15% выше, чем в способе-прототипе [7].
Заявленный способ апробирован в лабораторных условиях в Санкт-Петербургском государственном университете, а также в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) и НИИ Гриппа Минздрава РФ.
Результаты апробации представлены в виде таблицы и примеров 1-7.
Пример 1
Этиловый эфир (тетразол-5-ил)уксусной кислоты.
5
5
4
2
22,6 г (0,2 моль) этилового эфира цианоуксусной кислоты, 14,3 г (0.22 моль) азида натрия и 1,07 г (0.02 моль) хлорида аммония растворяют в 100 мл диметилформамида. На реакционную массу воздействуют электромагнитным излучением с частотой 2450 МГц (95°C, 2 ч), растворитель отгоняют при пониженном давлении. Остаток растворяли в минимальном количестве воды, подкисляют концентрированной соляной кислотой до pH 2, осадок отфильтровывают и промывают ледяной водой. Выход 25,3 г (81%). Т.пл. 128-130°C (2-пропанол). Найдено, %: С 38,30; Н 4,48; N 35,83. CHNO. Вычислено, %: С 38,46; Н 5,16; N35,89.
Пример 2
5-Фенилтетразол.
7
6
4
20.6 г (0.2 моля) бензонитрила, 14,3 г (0.22 моль) азида натрия и 1,07 г (0.02 моль) хлорида аммония растворяют в 100 мл диметилформамида. На реакционную массу воздействуют электромагнитным излучением с частотой 2450 МГц (90°C, 1.5 ч). Содержимое реактора охлаждают и при перемешивании переносят в стакан емкостью 250 мл. Стакан помещают в баню с холодной водой, при охлаждении прибавляют 100 мл холодной воды, затем медленно при охлаждении прибавляют по каплям 10-15%-ную соляную кислоту до рН=2-3 (контроль по индикаторной бумаге). Суспензию отфильтровывают, осадок промывают на фильтре холодной водой (5×30 мл), тщательно отжимают на фильтре и сушат 10-15 мин в токе воздуха. Продукт кристаллизуют из 100 мл водного (1:1 по объему) этанола. Получают 5-фенилтетразол 25 г (85%). TM-213°C (разл.) Найдено, %: С 57.4; Н 4,5; N 38.2. CHN. Вычислено, %: С 57.53; Н 4.14; N 38.33.
6
5
6
4
2
6
4,
2
6
4
2
6
4
Синтез 5-фенил- и 5-арилтетразолов (R=СН, 4-FCH, 4-NOCH 3-NOCH и 2-NOCH) осуществляли в полном соответствии с примером 2. Свойства 5-арилтетразолов соответствовали литературным данным [7]. Время реакции во всех случаях не превышало 2 ч. Выходы 5-фенилтетразола, 5-(4-фторфенил)тетразола, 5-(4-нитрофенил)тетразола 5-(3-нитрофенил)тетразола и 5-(2-нитрофенил)тетразола, полученных согласно заявленному способу, составляют 85, 77, 85, 79 и 73% соответственно.
Пример 3
Этиловый эфир 2-(1-адамантил)тетразол-5-ил-уксусной кислоты.
3
2
2
15
22
4
2
В 25 мл 98% масс. растворяют 1,56 г (0,01 моль) этилового эфира (тетразол-5-ил)уксусной кислоты и 1,52 г (0,01 моль) 1-адамантанола. Реакционную массу выдерживают в течение 40 мин при комнатной температуре и выливают в 150 мл воды со льдом. Выделившийся маслянистый продукт экстрагируют хлороформом (2×20 мл). Экстракт промывают 5%-ным водным раствором карбоната натрия и водой, сушат безводным сульфатом магния. Растворитель отгоняют при пониженном давлении. Остаток - вязкую маслянистую жидкость растворяют в минимальном количестве н-гексана и охлаждают. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают н-гексаном. Выход 2.32 г., 80%.. Т. пл. 38-40°C. ЯМР 1Н: 1,26; 1,28; 1,30; (д. 3Н СН); 1,82 (сингл. 6H-Ad); 2,31 (сингл. 9H-Ad); 3,89 (сингл. 2Н Tz-CH); 4,13; 4,15; 4,18; 4,20 (кв. 2Н-СН). Найдено, %: С 62.12, Н 7.88, N 19.39. CHNO. Вычислено: С 62.05, Н 7.64, N 19.30.
Синтез 2-(1-адамантил)-5-арилтетразолов осуществляли по методике, аналогичной приведенной выше (пример 3). Выходы и свойства 2-(1-адамантил)-5-арилтетразолов указаны в примерах 4-7.
Пример 4
2-(1-Адамантил)-5-фенилтетразол.
пл
17
20
4
1
Выход: 1.3 г (88%). T=86-87°C (изопропанол). Спектр Н ЯМР, δ, м.д.: 1.8 с (6Н, Ad), 2.38 с (9Н, Ad), 7.48 с (3Н, Ph), 8.15 с (2H, Ph). Найдено, %: С 73.39; Н 7.00, N 20.61. CHN. Вычислено, %: C 72.81; Н 7.20; N 19.99.
Пример 5
2-(1-Адамантил)-5-(4-фторфенил)тетразол.
пл
1
Выход 1.2 г. (77%). Т=117-118°C (этанол). Спектр Н ЯМР, δ, м.д.: 1.8 с (6Н, Ad), 2.3, с (9Н, Ad), 7.22 с (2Н, Ar), 8.12 с (2Н, Ar). Найдено, %: C 68.28; Н 6.37, N 19.36. C17H19FN4. Вычислено, %: C 68.42; Н 6.43; N 18.78.
Пример 6
2-(1-Адамантил)-5-(3-нитрофенил)тетразол.
пл
7
19
5
2
1
Выход: 1.1 г (79%). Т=132-133°C (этанол). Спектр Н ЯМР, δ, м.д.: 1.8 с (6Н, Ad), 2.4 с (9Н, Ad), 7.85 с (2Н, Ar), 8.4 м (2Н, Ar), 8.85 м (1Н, Ar). Найдено, %: С 63.04; Н 5.58, N 21.94. CHNO. Вычислено, %: C 62.74; Н 5.90; N 21.53.
Пример 7
2-(1-Адамантил)-5-(2-нитрофенил)тетразол.
пл
17
19
5
2
1
Выход: 1.2 г. (73%). T=149-150°C (этанол). Спектр Н ЯМР, δ, м.д.: 1.8 с (6Н, Ad), 2.35 с (9Н, Ad), 7.7 с (1Н, Ar), 8.0 с (3Н, Ar). Найдено, %: C 62.91; Н 6.31, N 21.82. CHNO. Вычислено, %: C 62.74; Н 5.90; N 21.53.
Исследование антивирусной активности 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1, полученных заявляемым способом, выполняли в лаборатории молекулярных основ химиотерапии НИИ Гриппа Минздрава РФ. Для in vitro экспериментов был использован вирус гриппа A/Puerto Rico 8/34 (H1N1). В результате исследований показано, что 2-(1-aдaмaнтил)-5R-тeтpaзoлы 1 обладают противовирусной активностью, превышающей не менее чем в два раза индекс селективности (SI) этанола - ремантадина.
Заявленный способ получения 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1 имеет существенные технико-экономические преимущества по сравнению с известным мировым уровнем техники: он является безопасным, обеспечивающим избирательное (региоселективным) получение целевых продуктов с высоким выходом и может быть использован для производства укрупненных количеств 2-(1-адамантил)-5R-тетразолов 1, активных против вируса гриппа A («свиной грипп»).
Использованная литература
1. US Pat. 3,852,352, C07 с 87/40, Dec.3, 1974.
2. US Pat. 4,551,552, C07 с 85/11, Nov.5, 1985.
3. Киселев O.H. Химиопрепараты и химиотерапия гриппа. - СПб: «Росток», 2012. - 272 с.
4. RU 2,280,032.
5. Сараев В.В., Гаврилов А.С., Голод Е.Л. Адаматилтетразолы II. Реакции 1 - Адамантанола с тетразолом и 5-замещенными тетразолами в серной кислоте. Журн. Орг. Хим., 1999, т.35, вып.7, с.1093-1096.
6. Finnegan W.G., Henry R.A., Lofquist R., An Improved Synthesis of 5-Substituted Tetrazoles, J. Am. Chem. Soc, 1956, vol.80, N5, p.3908-3911.
7. Zarubaev V.V., Golod E.L,, Anfimov P.M, Shtro A.A., Saraev V.V., Gavrilov A.S., Logvinov A.V., Kiselev О.I. Synthesis and anti-viral activity of azolo-adamantanes against influenza A virus. Bioorganic & Medicinal Chemistry 2010, vol.18, p.839-848 (прототип).