CHIRAL COPPER(II) COMPLEXES WITH TERPENIC DERIVATIVES OF ETHYLENEDIAMINE AND APPLICATION THEREOF AS AGENT EXHIBITING ANTIBACTERIAL AND ANTIFUNGAL ACTIVITY
Хиральные комплексы меди(II) с терпеновыми производными этилендиамина и их применение в качестве средства, обладающего антибактериальной и противогрибковой активностью

Изобретение относится к синтезу новых химических соединений - хиральных комплексов меди(II)  с терпеновыми производными этилендиамина, обладающих высокой антибактериальной и противогрибковойактивностью.
Chemistry
Antibiotics,
Metallomics
Chem. Rev
Согласно литературным данным, металлокомплексные соединения являются перспективными антимикробными препаратами [Nasiri Sovari, S.,  Zobi, F. Recent Studies on the Antimicrobial Activity of Transition Metal Complexes of Groups 6–12. , 2020, 2(2), 418–452. doi:10.3390/chemistry2020026; Frei, A. Metal Complexes, an Untapped Source of Antibiotic Potential? 2020,9(2), 90. https://doi.org/10.3390/antibiotics9020090]. Интерес исследователей к комплексным соединениям меди связан с тем фактом, что медь является важным биометаллом, который участвует во многих биохимических схемах. Целый ряд обзоров  посвящен анализу результатов исследования комплексов меди в качестве потенциальных терапевтических агентов [Duncan, C., White, A. R. Copper complexes as therapeutic agents. , 2012, 4(2), 127–138. https://doi:10.1039/c2mt00174h;  Santini, C., Pellei, M., Gandin, V., Porchia, M., Tisato, F.,  Marzano, C.  Advances in Copper Complexes as Anticancer Agents. . 2014, 114, 815−862. https://dx.doi.org/10.1021/cr400135x].
I
II
III
Appl. Organom. Chem
Journal of Molecular Structure
Inorganica Chimica Acta.
Staphylococcus aureus
Escherichia coli
Candida albicans.
Известны комплексы меди с органическими N-донорными лигандами: структура  [Abdel-Rahman, L.H., Adam, M.S.S., Abu-Dief, A.M. Synthesis, theoretical investigations, biocidal screening, DNA binding, in vitro cytotoxicity and molecular docking of novel Cu (II), Pd (II) and Ag (I) complexes of chlorobenzylidene Schiff base: Promising antibiotic and anticancer agents. . 2018, 32, e4527.  https://doi.org/10.1002/aoc.4527], структура  [Kalarani, R., Sankarganesh, M., Kumar, G. G. V., Kalanithi, M. Synthesis, spectral, DFT calculation, sensor, antimicrobial and DNA binding studies of Co(II), Cu(II) and Zn(II) metal complexes with 2-amino benzimidazole Schiff base. , 2020, 127725. doi:10.1016/j.molstruc.2020.127725]  и структура  [Satheesh, C.E., Kumar, P.R., Shivakumar, N., Lingaraju, K., Krishna, P.M., Rajanaika, H., Hosamani, A. Synthesis, structural characterization, antimicrobial and DNA binding  studies of homoleptic zinc and copper complexes of NO Schiff bases derived from homoveratrylamine //  2019. V. 495. 118929. https://doi.org/10.1016/j.ica.2019.05.028)], являются структурными аналогами полученных новых соединений, проявляют антибактериальную активность против грамположительных бактерий (например, ), грамотрицательных бактерий (в частности ), противогрибковую – против мицелиальных грибков, грибков брожения, в том числе штамма
I  II  III
Изобретение направлено на расширение арсенала и получение новых медьсодержащих терпеновых производных этилендиамина, которые могут быть использованы в качестве средства, обладающего антибактериальной и противогрибковой активностью. Представленные соединения одни из первых металлсодержащих веществ среди соединений подобной структуры. В этом состоит технический результат.
1-4
Технический результат достигается тем, что новые хиральные комплексы меди(II) с  терпеновыми производными получены в виде индивидуальных диастереомеров  :
1-4
Полученные соединения  применяют в качестве антибактериального и противогрибкового средства.
Получение хиральных комплексов меди(II) с  терпеновыми производными этилендиамина  осуществляется следующим образом.
1
4
2
3
1-4
Лиганды - терпеновые производные этилендиамина -имеют комбинированную структуру: содержат хиральный терпеновый фрагмент - элемент, входящий в состав природных терпеноидов, и этилендиаминовый блок, отвечающий за хелатирование с металлом. Бифункциональность этилендиамина позволяет вводить с помощью классических методик органического синтеза (конденсация с карбонильными соединениями, последующее восстановление иминов и др.) необходимые структурные фрагменты, отвечающие за фармакофорные свойства, обеспечивающие гидрофильность (или гидрофобность), биодоступность препарата. Возможно введение различных по строению терпеноидных групп (например, борнановых – структура    и  или пинановых – структуры  и ). Полученные лиганды являются универсальными, позволяющими получать на их основе хелатные металлокомплексы различных переходных металлов (медь, палладий, цинк, кобальт, никель и др.). Новые хиральные комплексы меди  получены в виде индивидуальных диастереомеров.
Ниже приведена схема 1, демонстрирующая получение новых соединений:
Схема 1
2
2
2
2
4
2
2
Реагенты и условия: i. HN(CH)NMe, PhH, 80 °C, 8 ч; ii. NaBH, EtOH, 24 °C, 8 ч; iii. CuCl×2HO, MeOH, 24 °C, 8 ч.
1
1
2
1
L
(E,Z)-N,N-Диметил-N-{(1R,4S)-2-оксо-1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан-3-илиден}этан-1,2-диамин():
R
S
E
Z
E
, J
2
3
3
3
3
3
3
1
1
-1
1
9
8
10
5’
6’
6’’
5’’
13
,
14
12
4
11
13
10
8
9
5
6
7
13,14
4
11
1
12
3
2
1
Раствор 0.56 г (3 ммоль) (-)-(1,4)-камфорхинона и 0.30 г (3 ммоль) N,N-диметилэтилендиамина в 20 мл абсолютного бензола кипятили 8 часов. Растворитель удаляли в вакууме, из остатка методом колоночной хроматографии на SiO (элюент – CHCl-MeOH) выделили желтое маслообразное вещество, представляющее собой смесь изомеров ()-L и ()-L. Общий выход 0.59 г (84 %). ИК-спектр, ν, см: 1751 (С=О), 1672 (C=N). Спектр ЯМР Н (300 МГц, CDCl, δ/м.д., J/Гц) для мажорного компонента ()-: 0.86 (с, 3Н, СH), 0.99 (с, 3Н, СH), 1.07 (с, 3Н, СH), 1.49 (м, 1Н, Н), 1.58 (м, 1Н, Н), 1.82 (м, 1Н, Н), 2.06 (м, 1H, Н), 2.32 (с, 6Н, H), 2.64 (м, 2Н, H), 2.92 (д, 1Н, Н4.5), 3.66 (м, 2Н, H). Спектр ЯМР С (75 МГц, CDCl, δ, м.д.): 9.02 (С), 17.71 (С), 20.78 (С), 23.75 (С), 30.25 (С), 44.19 (С), 45.61 (2С), 48.74 (С), 52.12 (С), 57.96 (С), 59.30 (С), 172.26 (С), 205.94 (С).
1
1
2
2
L
N,N-Диметил-N-{(1R,2S,3R,4S)-2-окси-1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан-3-ил}этан-1,2-диамин():
E
Z
, J
, J
1
1
2
-1
1
9
8
10
6’
5’
6’’
4
5’’
13
,
14
12
3
11
2
13
10
8
9
5
6
13,14
7
4
11
1
12
2
3
4
2
3
2
3
D
3
3
3
3
3
3
Раствор 0.50 г (2 ммоль) имина (смесь изомеров ()-L+()-L) в 10 мл абсолютного EtOН добавляли по каплям к интенсивно перемешиваемому раствору 0.32 г (8 ммоль) NaBH в 10 мл абсолютного EtOН в течение часа. Полученную суспензию перемешивали при комнатной температуре 8 часов. Реакционную смесь разбавили водой (10 мл), добавили 5%-ный водный раствор NaOH (15 мл) и диамин экстрагировали хлороформом. Органический раствор высушивали над KCO. Растворитель удаляли в вакууме, из остатка методом колоночной хроматографии на SiO (элюент CHCl-MeOH) выделили соединение L в виде желтого масла.  [α] −8.7 (с 1; СНСl). Выход 0.42 г (61 %). ИК-спектр, ν, см: 3208 шир. (OH, NH). Спектр ЯМР Н (300 МГц, CDCl, δ/м.д., J/Гц): 0.78 (с, 3Н, СH), 0.95 (с, 3Н, СH), 1.06 (с, 3Н, СH), 1.01 (м, 1Н, Н), 1.02 (м, 1Н, Н), 1.41 (м, 1Н, Н), 1.62 д (1Н, Н4.2), 1.69 (м, 1H, Н), 2.23 (с, 6Н, H), 2.54 (м, 2Н, H), 2.62 м (1Н, Н), 2.84 (м, 2Н, H), 3.45 д (1Н, Н7.0). Спектр ЯМР С (75 МГц, CDCl, δ, м.д.): 11.54 (С), 21.33 (С), 21.90 (С), 27.35 (С), 33.17 (С), 45.20 (2С), 46.56 (С), 48.14 (С), 48.80 (С), 52.45 (С), 58.81 (С), 66.65 (С), 79.41 (С).
1
1
2
1
2
1
Дихлоро{N,N-Диметил-N-[(1R,2S,3R,4S)-2-окси-1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан-3-ил]этан-1,2-диамин-N,N,O}медь(II) ():
2
2
D
14
28
2
2
2
-1
1
13
1
13
13
1
c
J
К раствору CuCl×2HO (0.3 ммоль) в 5 мл МеОН прилили раствор лиганда L (0.3 ммоль) в 5 мл MeOH. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 8 часов. После удаления растворителя и перекристаллизации из смеси ацетон – диэтиловый эфир получили комплекс меди  в виде  кристаллов зеленого цвета. Выход 0.12 г (66 %). ИК-спектр, ν, см: 3228 шир. (OH), 3184 (NH).  [α]‒207.1 (0.04, EtOH). Найдено, %: C 44.86; H 7.53; N 7.47. CHNОCuCl. Вычислено, %: C 44.50; H 6.81; N 7.38.  Спектры ЯМР Н и С синтезированных соединений регистрировали на спектрометре «Bruker Avance II 300» (300.17 и 75.5 МГц). Соотнесение сигналов H выполняли с помощью методики NOESY, соотнесение сигналов С – с помощью спектров ЯМР С в режиме -модуляции и методик HSQC, HMBC. ИК-спектры диффузного отражения записывали на ИК-Фурье-спектрометре «Shimadzu IR Prestige 21» в таблетках с KBr (металлокомплексы) и в тонком слое (лиганды). Элементный анализ выполняли на автоматическом анализаторе «vario Micro cube» в режиме CHN. Протекание реакций контролировали с использованием метода ТСХ на пластинах «Sorbfil» (ООО «ИМИД»); продукты реакций обнаруживали обработкой пластин раствором нингидрина (3 г нингидрина, 50 мл EtOH) и парами йода. Температуры плавления определяли на приборе «Sanyo Gallenkamp MPD350» и не корректировали. Угол оптического вращения измеряли на автоматическом цифровом поляриметре Optical Activity polar 3001 (λ 589 нм).
R
S
E
Z
Е
E
Z
1R,2S,3R,4S
1
1
1
1
2
4
В качестве стартового терпеноида для синтеза лигандов использовали (-)-(1,4)-камфорхинон оптической чистоты не менее 96 %. При конденсации камфорохинона с N,N-диметилэтилендиамином образуется смесь изомерных иминов ()-L+()-Lв мольном соотношении 2:1 с выходом 84 %. Состав и строение продуктов реакции подтверждены  данными спектроскопии ЯМР.  В спектрах NOESY мажорного компонента выявлено взаимодействие протонов Н11 этилендиаминового мостика с протоном  H4 терпенового цикла. Этот факт подтверждает -конфигурацию C=N связи. При взаимодействии смеси иминокетонов ()-Lи ()-LсNaBH идет одновременное восстановление кратных связей C=O и C=N. Реакция идет стереоселективно с образованием единственного продукта - стереоизомера ()-Lс выходом61 %. Относительная конфигурация вновь образующихся хиральных центров в положениях 2 и 3 терпенового цикла подтверждена на основании данных спектроскопии ЯМР и РСА  комплексного соединения  меди (1), полученного на основе этого лиганда.
1
L
L
2, 3
4
2
+2
2
2
2
2
2
2
S
Russ. J. Org. Chem
Russ. J. Org. Chem
Russ. J. Org. Chem
На фигуре 1 представлено соединение  по данным РСА в тепловых эллипсоидах 50% вероятности. Согласно   данным РСА,  комплексное соединение  1 кристаллизуется в нецентросимметричной пространственной группе, что подтверждает хиральность соединения.  Центральный ион меди координирует два атома N, атом O группы OH   тридентатного   лиганда ,  а  также два   атома Cl (координационное число 5). В результате координационного взаимодействия иона Cu с лигандом  замыкаются два пятичленных хелатных цикла CuCN и CuCNO.  При этом происходит закрепление -конфигурации хирального азота N1. Координационный полиэдр ClNO имеет форму тригональной бипирамиды. Для синтеза комплексных соединений   и  в качестве лигандов  использовали терпеновые производные этилендиамина, синтез которых описан нами ранее в публикациях [Gur’eva Y.A., Alekseev I.N., Kutchin A.V., Zalevskaya O.A., Slepukhin P.A. Synthesis of new bidentate ligands-terpene derivatives of ethylenediamine and their palladium complexes // .  2016. V. 52. № 6. P. 781-784. doi: 10.1134/S107042801606004X; Gur’eva Y.A., Zalevskaya O.A., Alekseev I.N., Slepukhin P.A., Kutchin A.V. Synthesis of new chiral palladium complexes with multidentate camphor Schiff bases // . 2018. V. 54. № 9. P. 1285-1289. https://doi.10.1134/S1070428018090026; I.A. Dvornikova, E.V. Buravlev, L.L. Frolova, Yu.V. Nelyubina, I.Yu. Chukicheva, A.V. Kuchin. Synthesis of 1,2-diamine ligands based on natural monoterpenoids // . 2011. V. 47. № 8. P. 1130-1138].
1-4
Примеры, обосновывающие применение соединений  в качестве антибактериального и противогрибкового  средства.
1-4
Escherichia coli (E. Coli),
Psevdomonas aeruginosa (P. Aeruginosa),
Staphylococcus aureus (S. aureus), Mycobacterium vaccae (M. Vaccae), Bacillus subtilis (B. Subtilis)
Sporobolomyces salmonicolor (S. salmonicolor),
Candida albicans (C. Albicans)
Penicillium notatum (P. notatum).
Исследована  антибактериальная активность  комплексов меди   в отношении штаммов грамм-отрицательных бактерий - грамм-положительных бактерий -  и противогрибковая активность в отношении штаммов грибов - ,
Applied Microbiology
22
Applied Microbiology
22
1-4
Антибактериальную и противогрибковую активность препаратов определяли методом диффузии в агар (Agar diffusion assay) [Davis, W. W., Stout, T. R. Disc plate method of microbiological antibiotic assay. I. factors influencing variability and error. , 1971, , 659–665; Davis, W. W., Stout, T. R. Disc plate method of microbiological antibiotic assay. II. novel procedure offering improved accuracy. , 1971, , 666–670]. При изучении антибактериальной активности в качестве препарата сравнения использовали антибиотик ципрофлоксацина (Ciprofloxacin). При изучении антимикотической активности в качестве препарата сравнения использовали противогрибковый препарат амфотерицин (Amphotericin). В таблице 1 на фиг. 2 представлены полученные данные по антимикробной активности металлокомплексов .
1-4
1-4
1-4
S. aureus
S. aureus
P. Aeruginosa
Candida albicans
Sporobolomyces salmonicolor,
Penicillium notatum
Выявлена высокая антибактериальная активность комплексов меди   в отношении мультирезистентного штамма золотистого стафилококка  (MRSA), устойчивого  в том числе к антибиотику сравнения – ципрофлоксацину. В отношении штамма  (511 B3) активность этих комплексов сопоставима с активностью ципрофлоксацина. Комплексные соединения меди   проявляет  активность и в отношении мультирезистентного штамма (SG137 B7). Комплексы меди  показали значительно более высокую противогрибковую активность в отношении штаммов , по сравнению с активностью клинического противогрибкового препарата Амфотерицина.