Способ синтеза производного 2-карбокси-N,N,N-триметилэтанаминия
METHOD FOR SYNTHESIS OF 2-CARBOXY-N,N,N-TRIMETHYLETHANAMINIUM DERIVATIVE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к области фармацевтической химии и технологии получения лекарств, а именно к применению новых модифицированных производных 2-карбокси-N,Ν,N-триметилэтанаминия для подавления фермента ацетилхолинэстеразы (AChE). Более конкретно, заявленное изобретение относится к области синтетически активных соединений и касается разработки нового модифицированного соединения - ингибитора ацетилхолинэстеразы (AChE), полученного в результате трехкомпонентной реакции (Пассерини - 3 CR). Ингибитор AChE в своей химической структуре содержит холиновый фрагмент и карбаматную группу, которая, как известно, проявляет ингибирующую активность в отношении AChE, и, потенциально, может обладать лекарственно устойчивым эффектом для лечения болезнь Альцгеймера.
Ацетилхолин является главным нейротрансмиттером парасимпатической вегетативной нервной системы, как внутренний передатчик для симпатической нервной системы и конечный продукт, выделяемый парасимпатической вегетативной нервной системой.
В центральной нервной системе ацетилхолин (Ach) влияет на пластичность и возбуждение не единообразно, а также играет ключевую роль в памяти и обучении и в повышении бдительности. Было показано, что дефицит ацетилхолина в мозге у людей приведет к болезни Альцгеймера и Паркинсона (БП) вследствие повреждения холинергической системы в головном мозге.
Были предприняты попытки использовать ацетилхолин хлорид в качестве холинергических стимуляторов, но, к сожалению, было обнаружено, что он не обладает устойчивым эффектом из-за его слишком малой продолжительности действия, из-за его быстрого гидролиза ферментом AChE и отсутствия специфичности.
Были синтезированы препараты, которые направлены на подавление активности AChE, такие как Донепезил [1], Ривастигмин [2], Галантамин [3], Такрин [4] и т.д.
Таким образом, ингибиторы ацетилхолинэстеразы (ИАХЭ) сегодня можно рассматривать как препараты не только заместительной, но и патогенетической, болезнь-модифицирующей терапии [5].
Однако, первые попытки применения «классического» ИАХЭ - физостигмина - при БА не привели к ожидаемым результатам и, кроме того, сопровождались рядом серьезных побочных эффектов, связанных с гиперактивностью холинергической системы.
Более оптимистичными выглядели результаты применения другого ингибитора АХЭ - препарата Такрина (тетрагидроаминоакридин), засвидетельствовавшие положительное влияние данного средства на когнитивные функции и поведенческие расстройства [6, 7].
В то же время в ряде исследований не отмечалась какая-либо положительная динамика при применении Такрина даже на самых ранних стадиях дементного процесса [8].
Кроме того, Такрин оказался весьма гепатотоксичным препаратом, а также вызывал расстройства функций желудочно-кишечного тракта (рвота, диарея), что часто приводило к отказу от дальнейшего лечения.
Во многом недостаточная эффективность и побочные эффекты упомянутых средств могут быть связаны с отсутствием их селективного влияния на ЦНС по сравнению с действием на АХЭ периферических органов. В связи с этим значительные ожидания связаны с внедрением в клиническую практику селективных ИАХЭ «нового поколения» - Донепезила, Ривастигмина и Галантамина.
Галантамин можно рассматривать не только с узкой точки зрения, как препарат для коррекции когнитивных нарушений, а как нейро- и геропротектор в широком смысле этого термина, тормозящий развитие возрастных изменений мозга, служащих фундаментом для последующего развития дементного процесса. Подобные свойства не характерны ни для одного из известных ИАХЭ, что повышает ценность Галантамина с клинико-фармакологических позиций как инструмента фармакотерапии деменций.
В то же время, доказательная база эффективности Галантамина при БА и СД уступает таковой для Донепезила и Ривастигмина вследствие ограниченного количества клинических испытаний данного препарата, проведенных в современном формате рандомизированных двойных слепых плацебо-контролируемых исследований. Хотя сегодня имеются достаточно убедительные свидетельства эффективности Галантамина в терапии БА [9, 10] и СД [11], следует отметить, что в целом сфера его клинического действия ограничена влиянием на когнитивные функции и не затрагивает психоэмоциональных и поведенческих расстройств. Это сужает возможности применения Галантамина при деменциях по сравнению с Ривастигмином, однако позволяет сопоставить их с таковыми для Донепезила. К тому же при применении галантамина достаточно часто встречаются такие побочные эффекты, как диспепсические расстройства, гипотензия и нарушения проводимости миокарда [12], что сужает возможности его практического применения и осложняет достижение комплайенса.
Таким образом, необходимо отметить, что сегодня препараты ИАХЭ остаются наиболее обоснованными и востребованными инструментами фармакотерапии деменций. Дальнейшее накопление мирового опыта применения данных средств у разных категорий пациентов с различными формами деменций и стадиями течения патологического процесса, изучение особенностей их клинико-фармакологических эффектов будет способствовать реальному прогрессу в борьбе с одной из важнейших форм патологии в современном обществе.
Принимая во внимание нехолинергические аспекты холинергического фермента AChE, их взаимосвязь с признаками болезни Альцгеймера и роль периферийного сайта AChE во всех этих функциях, выявляется перспективная мишень для разработки новых лекарственных средств, направленных против деменции. Периферийные или двухсайтовые ингибиторы AChE могут одновременно облегчить нарушение познавательной способности у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, и, что еще более важно, избежать агрегации β-амилоида, что представляет собой новый путь для замедления развития нейродегенеративного процесса.
Таким образом, лиганды, способные взаимодействовать одновременно с активными и периферийными сайтами, могли бы заключать в себе несколько преимуществ по сравнению с известными ингибиторами. С одной стороны, они должны значительно улучшить ингибирующую эффективность, и, с другой стороны, они должны быть вовлечены в нейротропную активность.
В международной патентной публикации WO 03033489 А1, опубл. 24.04.2003 описаны производные пиперидина, имеющие ингибирующее действие на ацетилхолинэстеразу и на агрегацию бета-амилоида.
В международной патентной публикации WO 0117529 А1, опубл. 15.03.2001 раскрыты галогензамещенные производные такрина или бистакрина для лечения болезни Альцгеймера. Одна из подгрупп представляет остаток индола, соединенный с такрином через короткий линкер. Castro Α.; Martinez A. Mini Rev. Med. Chem., 2001, 1, 267-272 описывает несколько семейств ингибиторов AChE со сродством к периферийному и одновременно двум типам вышеуказанных сайтов, включая некоторые производные такрина.
Международная патентная публикация WO 2004032929 A3, опубл. 22.04.2004 раскрывает ингибиторы AChE со сродством одновременно к двум вышеопределенным сайтам (т.е., ингибиторы AChE двойного действия), содержащие остаток такрина, соединенный посредством линкера с определенными гетероциклами, такими как остаток такрина, инданона или тиадиазолидинона.
Недостатком известных технических решений является то, что заявленные в них химические структуры проявляют низкую ингибирующую способность, а также не содержат в своем составе главного составляющего компонента - холина.
Данное изобретение касается нового семейства химических соединений для получения новых модифицированных производных холина, обладающих повышенной эффективностью в ингибировании AChE.
Задачей (техническим результатом) настоящего изобретения является получение нового химического соединения, обладающего повышенной эффективностью в ингибировании (AChE).
Технический результат - повышение эффективности ингибирования (AChE).
Технический результат достигается за счет получения нового производного карбоновой кислоты взаимодействием 2-карбокси-N,N,N-триметилэтанаминия (химическая структура с формулой (II)) с формальдегидом (структура с формулой (III)) и метилизоцианоацетатом (структура с формулой (IV)) путем трехкомпонентной реакции (Пассерини - 3 CR) с получением формулы I.
2
3
где R представляет собой CHC(=O)OCH
2
3
где R представляет собой CHC(=O)OCH.
При этом вышеуказанный синтез позволяет получать новое соединение: 3-{2-[(2-метокси-2-оксоэтил)амино]-2-оксоэтокси}-N,N,N-триметил-3-оксопропан-1-аминий, имеющий формулу:
Описание общего принципа
Таким образом, изобретение относится к способу синтеза соединения 3-{2-[(2-метокси-2-оксоэтил)амино]-2-оксоэтокси}-N,N,N-триметил-3-оксопропан-1-аминия, а также изучению его свойства в качестве ингибитора ацетилхолинэстеразы.
Для получения заявленного соединения был проведен предварительный синтез, согласно которому было получено соединение, отвечающее формуле (II) и представляющее собой производное 3-бромпропионовой кислоты.
2
3
Далее был осуществлен синтез конечного продукта за счет реакции взаимодействия соединения, отвечающего формуле (II), формальдегида (III) с метилизоцианоацетатом (IV), где R представляет собой CHC(=O)OCH, в реакции Пассерини с последующей обработкой реакционной смеси и выделением конечного продукта.
Полученный продукт был изучен на предмет ингибирующей активности в отношении ацетилхолинэстеразы.
Донепезил был использован в качестве стандарта для сравнения результатов ингибирующего действия с ним, что показано на диаграммах.
Дополнительные варианты осуществления, особенности и преимущества настоящего изобретения, а также структура и работа различных вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые рисунки и фигуры.
Используемые здесь термины имеют указанные значения
Термин «алкил», используемый здесь, относится к алкильному радикалу, например: метил.
Используемый здесь термин «карбонил» означает группу -С (О) -.
Используемый здесь термин «карбокси» относится к -С(О)ОН или соответствующему «карбоксилатному» аниону, например, в соли карбоновой кислоты.
Термин «изоцианид», используемый здесь, отдельно или в комбинации, относится к -CN.
Термин «эфир», относится к фрагменту, включающему сложноэфирную группу.
Термин EtOH относится к этанолу, DMSO относится к диметилсульфоксиду и МеОН относится к метанолу.
Термин «альдегид» относится к формальдегиду или параформальдегиду, который использовался в реакции Пассирини.
Термин «алкил карбоксилат» относится к метилацетату.
Термин «ингибитор холинэстеразы» относится к соединениям, которые обладают способностью ингибировать этот фермент, который играет важную роль в гидролизе нейротранзиттера Ach.
Термин «нейродегенеративное расстройство» в контексте настоящего описания относится к любому заболеванию, нарушению, состоянию или симптому, характеризующимся структурной или функциональной потерей нейронов. Нейродегенеративные нарушения включают, например, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, деменцию с тельцами Леви и боковой амиотрофический склероз (БАС).
Термин «карбамат» относится к карбаматным группам.
Термин « ЯМР» означает ядерный магнитный резонанс;
Термин «кетон», относится к ацетону.
Изобретение поясняется чертежами, рисунками и таблицами где:
На фиг. 1 показана общая формула I соединения;
На фиг. 2 показана формула II 2-карбокси-N,N,N-триметилэтанаминия,
На фиг. 3 показана формула III формальдегида;
На фиг. 4 показана формула IV алкил карбоксилат изоцианида (метил изоцианид ацетат);
На фиг. 5. Структурная формула соединения;
На фиг. 6. Принципиальный метод синтеза получения формулы 1. (Схема I)
На фиг. 7. 1H NMR спектр (400 MHz, DMSO-d6) для Ν,Ν-диметил-глицина.
13
На фиг. 8. С NMR спектр (100 MHz, DMSO-d6) для Ν,Ν-диметил-глицина.
Синтез нового ингибитора
2
3
На Фиг. 6 в схеме 1 описан трехкомпонентный синтез получения соединения, отвечающего формуле (I), и представляющий собой взаимодействие производного карбоновой кислоты (2-карбокси-N,N,N-триметилэтанаминия), формальдегида (III) и метилизоцианоацетата (IV), где R представляет собой CHC(=O)OCH.
Осуществление изобретения
Обзор методов получения соединения изобретения
Соединение, являющееся предметом настоящего изобретения, может быть получено с использованием описанных ниже синтетических методов. Перечисленные методы не являются исчерпывающими и допускают введение разумных модификаций. Указанные реакции должны проводиться с использованием подходящих растворителей и материалов. При реализации данных общих методик для синтеза конкретных веществ необходимо учитывать присутствующие в веществах функциональные группы и их влияние на протекание реакции.
Синтез соединения, являющегося предметом данного изобретения, может быть осуществлен в соответствии со схемой I - по стандартным методикам (Фиг. 6).
Операция способа:
Синтез 2-карбокси-N,N,N-триметилэтанаминия
В трехгорлой круглодонной колбе 3-бромпропионовую кислоту (100 мг, 0,66 ммоль) в безводном ацетонитриле растворяют в 20 мл безводного ацетонитрила и перемешивают, с 4,2 Μ раствором триметиламина в этаноле (1,5 экв.). реакционную смесь перемешивали в течение 3 ч до получения белого осадка. После этого растворитель и триметиламин упаривали в вакууме. Остаток в небольшом объеме холодного ацетонитрила собирали, твердое вещество собирали фильтрованием и сушили в вакууме с получением продукта.
Пример 1. Способ синтеза композиции по Пассерини - 3 CR:
Реакция Пассерини. В колбе на 50 мл (30 мг, 1 ммоль) формалина и (130 мг, 1 ммоль) кислоты (2-кapбoкси-N,Ν,N-триметилэтанаминий) суспендировали в смеси вода/МеОН 1:1 (об. / об.). Через 23 мин (100 мг, 1 ммоль). добавляли изоцианид и смесь перемешивали в течение 17 ч при комнатной температуре. Растворитель выпаривали под вакуумом и соединение перекристаллизовывали, используя ацетон, с получением продукта.
Результаты 1Н NMR и 13С NMR для полученной композиции.
1Н NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 8.57 (t, J=6.0 Hz, 1H), 4.63 (s, 2H), 3.90 (d, J=5.9 Hz, 2H), 3.64 (s, 3H), 3.51 (t, J=7.9 Hz, 1H), 3.10 (s, 9H), 3.05 (s, 3H). 13C NMR (101 MHz, DMSO-d6) δ 169.94, 169.33, 166.90, 132.32, 127.77, 62.40, 52.38, 51.75,27.56.
Ферментативные исследования заявляемого соединения.
Для проведения испытаний нашего соединения на его способность ингибировать AChE использовали набор (K-197) для скрининга ингибиторов AChE - компании BioVision для выявления потенциальных ингибиторов активности AChE. Он использует способность активного фермента AChE человека гидролизовать предоставленный колориметрический субстрат, создавая желтый хромофор, который может быть обнаружен путем измерения оптической плотности при 412 нм. В присутствии мощного обратимого ингибитора AChE донепезила активность фермента подавляется, предотвращая образование хромофора. Набор для анализа адаптирован к 96-луночному формату и обеспечивает быстрый, простой и надежный тест для высокопроизводительного скрининга ингибиторов AChE. Измерение проводилось на приборе iMark™ Фотометр для микропланшетов - Компания Bio-Rad.
Соединение разбавили в буфере в разных концентрациях (1:1, 1:10 и т.д.)
Полученные результаты подтверждают, что соединение не обладает способностью ингибировать активность AChE. Мы были уверены, что данное соединение должно обладать хорошим ингибирующим действием, так как он имеет в своей структуре Карбамат (согласно исследованиям, подавляют активность AChE) [13] и холиновый фрагмент, но к сожалению в связи с коронавирусной пандемией он разлагался в течении года в связи с задержкой доставки теста (K-197) для высокопроизводительного скрининга ингибиторов AChE и отсутствие прибора iMark™ Фотометр для микропланшетов - Компания Bio-Rad в тоже время, мы намерены в будущим пересинтезировать композицию и удостовериться в ее активности ингибировать AChE.
Преимущество нашего соединения в том, что оно в своей структуре имеет холиновый фрагмент и карбаматную группу, синтезирован методом трехкомпонентной реакции (Пассерини - 3 CR), согласно схеме 1 (Фиг. 6).
Список литературы:
1. https://go.drugbank.com/drugs/DB00843
2. https://go.drugbank.com/drugs/DB00989
3. https://go.drugbank.com/drugs/DB00674
4. https://go.drugbank.com/dmgs/DB00382
5. Жариков Г.Α., Калiн Я.Б., Колiхалов И.В. и др. Опыт применения арисепта (донепезила) в лечении болезни Альцгеймера // Болезнь Альцгеймера и старение. - М.: Пульс, 2003. - С. 76-87.
6. Волошин П.В., Мiщенко Т.С, Дмитрiева О.В. Судинна деменцiя // Мистецтво лiкування. - 2004. - №5. - С. 36-40.
7. Burns Α., Rossor Μ., Hecker J. et al. The effect of donepezil in Alzheimer's disease: results from a multinational trial // Dementia Cognitive Geriatr. Disord. - 1999. - Vol.10 - P. 237-244.
8. Мищенко T.C. Деменция - это не нозологическая форма, а синдром // HeйроNews. - 2009. - №2/1. - С. 6-9.
9. Cummings J.L, Frank J.С, Cherry D. et al. Guidelines for managing Alzheimer's disease // Amer. Fam. Physician. - 2002. - Vol.65. - P. 2525-2534.
10. Gauthier S., Emre M., Farlow M.R. et al. Strategies for continued successful treatment of Alzheimer's disease: switching cholinesterase inhibitors // Curr. Med. Res. Opin. - 2003. - Vol.19. - P. 707-714.
11. Farlow M.R., Cummings J.L., Effective pharmacological management of Alzheimer's disease // Amer. J. Med. - 2007. - Vol.120. - P. 388-397.
12. Mendez M.F., Cummings J.L. Dementia. - Philadelphia: Butterworth Heinemann, 2003. - 654 p.
13. https://doi.org/l 0.3109/14756366.2014.928704.