Синтез та фізико-хімічні характеристики ЦНС-агентів серед похідних піримідин-4-ону та піримідин-2(4)-тіону

Abstract

У роботі висвітлено теоретичне обґрунтування сучасної методології таргет-орієнтованого пошуку ЦНС-агентів у ряду похідних піримідин-4-ону та піримідин-2(4)-тіону та її експериментальне підтвердження. Розроблено методики одержання та визначено умови для регіоселективного алкілування похідних піримідин-4-ону, піримідин-2(4)-тіону та 1-арилпіразоло[3,4-d]піримідин-4-ону. Розроблено методики структурної функціоналізації похідних 4-хлоро-2-метил/арил-6-R-піримідину та одержано серії нових 4-гідразино-, 4-арилпіперазино-2-метил/арил-6-R-піримідинів, а також 2-(6-метил-2-(4-трифлуорометил)-піримідин-4-іл)аміноацетатну та амінопропіонову кислоти. За результатами молекулярного моделювання, синтезу та визначення протисудомної активності методами in silico та in vivo вперше обґрунтовано вибір біомішеней для молекулярного докінгу з метою прогнозування активності на скринінговій моделі визначення протисудомної активності відповідно до механізму її реалізації та доведено кореляцію між in silico та in vivo експериментальними даними. Виявлено потенційний інноваційний АФІ – епімідин з широким спектром протисудомної активності та мультитаргетним механізмом її реалізації, а також сприятливими супутніми фармакологічними властивостями. Модифіковано методику синтезу субстанції епімідину відповідно до промислових умов та принципів «зеленої хімії», розроблено технологічну схему виробництва та методики контролю якості субстанції

Работа посвящена теоретическому обоснованию современной методологии таргет-ориентированного поиска ЦНС-агентов в ряду производных пиримидин-4-она и пиримидин-2(4)-тиона и ее экспериментальному подтверждению. Разработаны методики получения и определены условия для региоселективного алкилирования производных пиримидин-4-она, пиримидин-2(4)-тиона и 1-арилпиразол[3,4-d]пиримидин-4-она. Разработаны методики структурной функционализации производных 4-хлор-2-метил/арил-6-R-пиримидина и получено серии новых 4-гидразино-, 4-арилпиперазино-2-метил/арил-6-R-пиримидинов, а также 2-(6-метил-2-(4-трифлуорометил)-пиримидин-4-ил)аминоуксусную и аминопропионовую кислоты. Синтезированы производные 2-ариламино-, 2-арилиденгидразино- и N-ацетил/бензоилгидразин-6-метилпиримидин-4(3Н)-она. По результатам молекулярного моделирования, синтеза и определения противосудорожной активности методами in silico и in vivo впервые обоснован выбор биомишеней для молекулярного докинга с целью прогнозирования активности на скрининговой модели определения противосудорожной активности в соответствии с механизмом реализации и установлена корреляция между in silico и in vivo экспериментальными данными. Выявлен потенциальный инновационный АФИ – эпимидин с широким спектром противосудорожной активности и мультитаргетным механизмом ее реализации, а также благоприятными сопутствующими фармакологическими свойствами. Модифицирована методика синтеза субстанции епимидина в соответствии с промышленными условиями и принципами «зеленой химии», разработаны технологическая схема производства и методики контроля качества субстанции.

The thesis is devoted to theoretical substantiation of the modern methodology of the target-oriented search of the CNS-agents among pyrimidin-4-one and pyrimidin-2(4)-tione derivatives and its experimental confirmation. The main direction of the search for CNS-agents was antiepileptic activity, due to epilepsy is more than a neurological disease with a predisposition to spontaneous seizures, it’s also a complex systemic process associated with a range of different cognitive, behavioral, psychiatric disorders and concomitant comorbidity, e. g anxiety, psychosis, headache, etc. At the initial stage of research, a general design of target-oriented search of potential CNS-agents among pyrimidin-4(3H)-one and pyrimidin-2(4)-tione derivatives was developed. The choice of the main research scaffold - pyrimidin-4-one was substantiated, and on the basis of the principles of the modern pharmacophore concept of constructing innovative AEDs the directions of its functioning were determined, and the structures virtual base was formed. Candidate structures were ranked according to affinity indicators for GABAergic targets: to the active site of the positive allosteric modulator and benzodiazepine site of GABAА receptor and GABAAT inhibitor vigabatrin, and 14 groups of candidate structures for synthesis were formed. The obtaining methods were developed, and conditions for regioselective alkylation with chloroacetamides and chloro-1-(4-aryl-piperazynil)ethanones of 2-alkyl/aryl-5,6-R1,R2-pyrimidin-4(3Н)-ones, 6-methyl-2-thioxo-pyrimidin-4(1Н)-one, 6-amino-2-thioxo-pyrimidin-4(3Н)-one, 4,6-dimethyl-2-thiopyrimidin and 2-methyl/aryl-6-R-pyrimidin-4-thiones, 1-aryl-pyrazolo[3,4-d]pyrimidin-4-one were determined. The alkylation direction, as well as the structure of the synthesized compounds, was reliably proved by 1Н, 13С NMR and NOESY spectroscopy, their individuality – using LS/MS analysis, using x-ray structural analysis for 1-aryl-pyrazolo[3,4-d] pyrimidin-4-one. Methods of structural functionalization of 4-chloro-2-methyl/aryl-6-R-pyrimidine derivatives were developed, and a series of new 4-hydrazino-, 4-arylpiperazino-2-methyl/aryl-6-R-pyrimidines, as well as 2-(6-methyl-2-(4-trifluoromethyl)-pyrimidin-4-yl)aminoacetic and aminopropionic acids, were obtained. 2-arylamino-, 2-arylidenhydrazino- and N-acetyl/benzoyl hydrazides of 6-methyl-pyrimidin-4(3H)-one were synthesized. According to the results of a systematic study of the anticonvulsant activity of 150 synthesized pyrimidin-4-one and -2(4)-thione derivatives on the model of PTZ-induced seizures in comparison with phenobarbital and sodium valproate, a number of structural features of correlation «structure-anticonvulsant» were found. According to the molecular modeling, synthesis and determination of the anticonvulsant activity using both in silico and in vivo methods, biotargets choice for molecular docking was substantiated for the first time to predict activity on the screening model of anticonvulsant activity determination in accordance with its implementation mechanism. Correlation between docking results and experimental data was proved. It consists of the docking studies gradual use and in vivo screening models and based on the relationship «biotarget – reference ligand – screening model – mechanism for activity implementation». In result of research, a potentially innovative API – epimidine was found. The substance has a wide range of anticonvulsant activity and multi-target mechanism of its implementation, e.g: strong PTZ antagonism and moderate picrotoxin antagonism – stimulation of GABAergic mechanisms by inhibition of GABAАТ, as well as positive allosteric modulation of the benzdiazepine site of GABAА receptor; strong caffeine antagonism – modulation of the adenosynergic link due to competitive А2А receptors inhibition; strong activity on the PTZ-kindling model exceeds the reference drug sodium valproate – due to presynaptic glutamate receptors of group III mGlu8 modulation and antagonism to ionotropic NMDA-receptors; moderate activity on the MES-induced model of seizures – glutamatergic mechanism due to inhibition of ionotropic AMPA receptors; weak activity on strychnine-induced seizures – a weak glycinergic mechanism due to inhibition of Gly-receptors. Favorable type of concomitant pharmacological properties was determined. The synthesis method of epimidine substance was modified in accordance with industrial conditions and «green chemistry» principles, the technological scheme of production and quality control methods of the substance were developed, accompanying impurities were determined, and stability under stress conditions by HPLC was established.