Синтез и антиоксидантная активность производных (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил) акрилоил)-2H-хромен-2-она

Полный текст

Список сокращений: DFT – теория функционала плотности; ТГФ – тетрагидрофуран; ДМФА – диметилформамид; ВЗМО – высшая занятая молекулярная орбиталь; НСМО – низшая свободная молекулярная орбиталь; ПОЛ – перекисное окисление липидов; ТБК-АП – активные продукты, взаимодействующие с 2-тиобрабитуровой кислотой; АФК – активные формы кислорода.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время однозначно установлена взаимосвязь между уровнем свободных радикалов в организме и развитием ряда патологий [1, 2], в том числе и злокачественных новообразований [3], что может быть связано с нарушением репликации ДНК, а также нормального функционирования мембранных рецепторов, ионных каналов и фосфолипидов мембран [4].

Флавоноиды – обширный класс природных полифенольных соединений, обладающих широким спектром биологической активности (в том числе и антиоксидантной) и низкой токсичностью [5–11]. За счет антиоксидантных свойств реализуются основные виды активности флавоноидов [12–15]. К флавоноидам относятся и халконы – соединения с раскрытым пирановым циклом, в которых два ароматических кольца А и В соединены α,β-ненасыщенным пропеноновым фрагментом, проявляющие в частности антиметотическую активность [16]. Одним из возможных механизмов проявления антирадикальной активности халконов является взаимодействие виниленовой группы пропенонового фрагмента с активными формами кислорода, протекающее благодаря переносу электронов по цепи сопряжения. С этой точки зрения перспективным направлением является изучение влияния замены одного или обоих из ароматических колец халконов на гетероциклические соединения.

В работе [17] конденсацией 3-ацетилкумарина и замещенных бензальдегидов в бутаноле в присутствии уксусной кислоты и пиперидина синтезированы аналоги халкона, в которых одно из колец замещено остатком 2Н-хромен-2-она. Полученные соединения проявили пролонгированную антиоксидантную активность на системах перекисного окисления олеиновой кислоты и липидов гомогената печени.

ЦЕЛЬ. Синтез и in vitro изучение антиоксидантных свойств аналогов халконов, в которых одно из колец замещено остатком бенз-γ-пирона, а второе – остатком бенз-α-пирона.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Синтез и определение физико-химических характеристик

Синтез целевых соединений осуществляли конденсацией замещенных 3-формилхромонов и 3-ацетилкумаринов в условиях кислотного катализа. ЯМР ¹Н спектры регистрировали на приборе Bruker Avance-400 (400 МГц) в растворах в CDCl₃ или DMSO-d₆. Масс-спектры при атмосферном давлении с ионизацией распылением в электрическом поле (ESI) были получены при полном сканировании положительных и отрицательных ионов на динамическом тандемном масс-спектрометре Finnigan LCQ Advantage (США), оснащенном масс анализатором с ионной ловушкой MS Surveyor, автосемплером Surveyor, генератором азота Schmidlin-Lab (Германия) и системой сбора и анализа информации X Calibur (version 1.3, Finnigan) на компьютере. Температура капилляра 150°С, напряжение поля между иглой и противоэлектродом 4,5 кВ. Образцы вводили в источник ионов растворенными в ацетонитриле с помощью шприца через инжектор Reodyne 5 mL, при скорости потока газа-носителя – 50 мл/мин. Температуры плавления соединений определяли в запаянных с одного конца стеклянных капиллярах с помощью прибора ПТП (М)¹.

Общая методика получения производных (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она (1-15).

Смесь 0,01 моль замещенного 3-формилхромона и 0,01 моль соответствующего 3-ацетилкумарина в 10 мл ледяной АсОН кипятили в течение 30 мин в присутствии каталитических количеств концентрированной серной кислоты. Полученный после охлаждения до комнатной температуры осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из смеси ТГФ-ДМФА (7:3).

(E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (1)

Выход – 56%. Тпл 267–268°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.86 (s, 1H), 8.54 (s, 2H), 8.28 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.85 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 7.82–7.75 (m, 2H), 7.65 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 7.59 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.47 (t, J = 6.9 Hz, 2H). ¹³C ЯМР (101 MHz, CDCl₃) δ 190.38, 162.11, 161.83, 161.68, 161.25, 160.82, 156.51, 155.04, 152.14, 138.76, 136.64, 136.27, 131.19, 127.54, 126.66, 126.42, 123.23, 119.41, 118.98, 117.23, 113.21, 110.38. Данные элементного анализа (%) для C₂₁H₁₂O₅ (344.32): Вычислено: C, 73.3; H, 3.5; O, 23.2. Найдено: C, 73.21; H, 3.53; O, 23.26. ESI-MS (m/z) 344 [M + H]⁺

(E)-6-метил-8-нитро-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (2)

Выход – 55%. Тпл 254–256°С. ¹H ЯМР (400 MHz, DMSO-d₆) δ 8.93 (s, 1H), 8.63 (s, 1H), 8.31 (d, J = 15.8 Hz, 1H), 8.24 – 8.20 (m, 1H), 8.16 – 8.11 (m, 1H), 8.07 (s, 1H), 7.88–7.82 (m, 1H), 7.71 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.60–7.52 (m, 2H), 2.44 (s, 3H). ¹³C ЯМР (101 MHz, DMSO-d₆) δ 187.40, 175.20, 161.70, 155.01, 145.84, 144.74, 137.30, 135.55, 134.67, 129.33, 126.53, 126.26, 125.51, 123.56, 120.17, 118.38, 19.87. Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₃O₇ (403.34): Вычислено: C, 65.5; H, 3.2; N, 3.5; O, 27.8. Найдено: C, 65.63; H, 3.42; N, 3.39; O, 27.56. ESI-MS (m/z) 403 [M + H]⁺

(E)-6-бром-8-метил-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (3)

Выход – 54%. Тпл 264–266°С. ¹H ЯМР (400 MHz, DMSO-d₆) δ 8.93 (s, 1H), 8.56 (s, 1H), 8.32 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 8.14 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 8.02 (s, 1H), 7.84 (dd, J = 16.8, 9.5 Hz, 2H), 7.71 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.61–7.50 (m, 2H), 2.39 (s, 3H). ¹³C ЯМР (101 MHz, DMSO-d₆) δ 188.18, 175.64, 162.03, 158.30, 155.46, 152.38, 146.41, 137.40, 135.10, 130.25, 128.44, 126.69, 126.54, 125.96, 124.01, 120.28, 119.03, 118.88, 116.39, 15.13. Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₃BrO₅ (437.24): Вычислено: C, 60.4; H, 3; Br, 18.3; O, 18.3. Найдено: C, 60.29; H, 3.12; Br, 18.45, O, 18.14. ESI-MS (m/z) 437 [M + H]⁺

(E)-6-хлор -3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (4)

Выход – 59%. Тпл 231–233°С. ¹H ЯМР (400 MHz, DMSO-d₆) δ 8.95 (s, 1H), 8.60 (s, 1H), 8.35 (d, J = 15.8 Hz, 1H), 8.18–8.13 (m, 1H), 8.08 (d, J = 2.5 Hz, 1H), 7.89–7.83 (m, 1H), 7.80–7.71 (m, 2H), 7.60–7.52 (m, 3H). ¹³C ЯМР (101 MHz, DMSO-d₆) δ 187.64, 175.20, 161.63, 157.90, 155.01, 153.11, 145.71, 136.93, 134.65, 133.55, 129.22, 128.55, 126.68, 126.39, 126.25, 125.50, 123.57, 119.77, 118.58, 118.42, 118.25. Данные элементного анализа (%) для C₂₁H₁₁ClO₅ (378.76): Вычислено: C, 66.6; H, 2.9; Cl, 9.4; O, 21.1. Найдено: C, 66.57; H, 3.07; Cl, 9.52, O, 20.84. ESI-MS (m/z) 378 [M + H]⁺

(E)-3-(3-(6-метил-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (5)

Выход – 52%. Тпл 235-237°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.85 (s, 1H), 8.53 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 8.19 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 8.04 – 8.00 (m, 1H), 7.93 (d, J = 2.2 Hz, 1H), 7.79 (d, J = 15.5 Hz, 1H), 7.67 (dd, J = 8.7, 2.1 Hz, 1H), 7.55 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 2.56 (s, 3H), 2.53 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₄O₅ (358.34): Вычислено: C, 73.7; H, 3.9; O, 22.3. Найдено: C, 73.67; H, 3.87; O, 22.46. ESI-MS (m/z) 358 [M + H]⁺

(E)-6-метил-3-(3-(6-метил-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-8-нитро-2H-хромен-2-он (6)

Выход – 54%. Тпл 248–251°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.85 (s, 1H), 8.53 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 8.19 (s, 1H), 8.02 (s, 1H), 7.93 (s, 1H), 7.79 (d, J = 15.5 Hz, 1H), 7.67 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.55 (d, J = 8.6 Hz, 1H), 2.56 (s, 3H), 2.53 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₃H₁₅O₇ (417.37): Вычислено: C, 66.2; H, 3.6; N, 3.4; O, 26.8. Найдено: C, 66.15; H, 3.57; N, 3.48; O, 26.8. ESI-MS (m/z) 417 [M + H]⁺

(E)-6-бром-8-метил-3-(3-(6-метил-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (7)

Выход – 57%. Тпл 256–258°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.68 (s, 1H), 8.60–8.43 (m, 2H), 8.04 (s, 1H), 7.81 – 7.59 (m, 4H), 7.51 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 2.52 (s, 3H), 2.47 (s, 3H). ¹³C ЯМР (101 MHz, CDCl₃) δ 162.27, 161.84, 161.40, 160.96, 150.65, 139.80, 138.86, 137.98, 137.35, 130.36, 129.02, 125.23, 119.42, 118.42, 115.62, 112.79, 109.97, 20.55, 14.26. Данные элементного анализа (%) для C₂₃H₁₅BrO₅ (451.27): Вычислено: C, 61.2; H, 3.4; Br,17.7; O, 17.7. Найдено: C, 61.15; H, 3.38; Br, 17.58; O, 17.89. ESI-MS (m/z) 451 [M + H]⁺

(E)-6-хлор-3-(3-(6-метил-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (8)

Выход – 54%. Тпл 236–238°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.72 (s, 1H), 8.51 (d, J = 19.6 Hz, 2H), 8.04 (s, 1H), 7.82–7.63 (m, 4H), 7.52 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 7.40 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 2.52 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₃ClO₅ (392.79): Вычислено: C, 67.3; H, 3.3; Cl, 9; O, 20.4. Найдено: C, 67.23; H, 3.35; Cl, 8.89; O, 20.53. ESI-MS (m/z) 392 [M + H]⁺

(E)-3-(3-(6-метил-8-нитро-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (9)

Выход – 56%. Тпл 261–263°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.83 (s, 1H), 8.55 (d, J = 14.7 Hz, 2H), 8.41 (s, 1H), 8.29 (s, 1H), 7.84–7.67 (m, 3H), 7.55–7.44 (m, 2H), 2.61 (s, 3H). ¹³C ЯМР (101 MHz, CDCl₃) δ 189.55, 176.52, 161.56, 161.13, 160.70, 160.09, 155.07, 151.63, 138.58, 137.57, 136.55, 136.33, 132.42, 132.04, 127.97, 126.42, 124.98, 123.64, 120.27, 118.55, 117.21, 115.93, 113.10, 20.91. Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₃NO₇ (403.34): Вычислено: C, 65.5; H, 3.2; N, 3.5; O, 27.8. Найдено: C, 65.44; H, 3.27; N, 3.24; O, 28.05. ESI-MS (m/z) 403 [M + H]⁺

(E)-6-метил-3-(3-(6-метил-8-нитро-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-8-нитро-2H-хромен-2-он (10)

Выход – 56%. Тпл 213–216°С. ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl3) δ 8.83 (s, 1H), 8.57 (s, 1H), 8.52 (s, 1H), 8.39 (s, 1H), 8.32 (s, 1H), 8.22 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.75 (d, J = 15.5 Hz, 1H), 2.62 (s, 3H), 2.57 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₃H₁₄N₂O₉ (462.37): Вычислено: C, 59.7; H, 3.1; N, 6.1; O, 31.1. Найдено: C, 59.63; H, 3.12; N, 6.18; O, 31.07. ESI-MS (m/z) 462 [M + H]⁺

(E)-6-бром-8-метил-3-(3-(6-метил-8-нитро-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (11)

Выход – 49%. Тпл 275–276°С (с разложением). ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.83 (s, 1H), 8.57 (s, 1H), 8.52 (s, 1H), 8.39 (s, 1H), 8.32 (s, 1H), 8.22 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.75 (d, J = 15.5 Hz, 1H), 2.62 (s, 3H), 2.57 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₃H₁₄BrNO₇ (496.26): Вычислено: C, 55.7; H, 2.8; Br, 16.1; N, 2.8; O, 22.6. Найдено: C, 55.68; H, 2.77; Br, 16.21; N, 2.83; O, 22.51. ESI-MS (m/z) 496 [M + H]⁺

(E)-6-хлор-3-(3-(6-метил-8-нитро-4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-он (12)

Выход – 47%. Тпл 283–284°С (с разложением). ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃) δ 8.78 (s, 1H), 8.57 (s, 2H), 8.52 (s, 1H), 8.40 (s, 1H), 8.33 (s, 1H), 7.83 (s, 1H), 7.75 (d, J = 14.3 Hz, 2H), 7.44 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 2.62 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₂H₁₂ClNO₇ (437.79): Вычислено: C, 60.4; H, 2.8; Cl, 8.1; N, 3.2; O, 25.6. Найдено: C, 60.42; H, 2.74; Cl, 8.15; N, 3.13; O, 25.56. ESI-MS (m/z) 437 [M + H]⁺

(E)-3-(3-(6-метил-8-нитро-2-оксо-2H-хромен-3-ил)-3-оксопроп-1-ен-1-ил)-4-оксо-4H-хромен-7-ил ацетат (13)

Выход – 51%. Тпл 284–286°С (с разложением). ¹H ЯМР (400 MHz, DMSO-d₆) δ 8.78 (s, 1H), 8.62 (s, 1H), 8.28 (d, J = 15.8 Hz, 1H), 8.23 (s, 1H), 8.08 (s, 1H), 7.98 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.54 (d, J = 15.7 Hz, 1H), 6.97 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 6.90 (s, 1H), 2.45 (s, 3H), 1.91 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₄H₁₅NO₉ (461.38): Вычислено: C, 62.5; H, 3.3; N, 3; O, 31.2. Найдено: C, 62.52; H, 2.93; N, 3.11; O, 31.44. ESI-MS (m/z) 461 [M + H]⁺

(E)-3-(3-(6-бром-8-метил-2-оксо-2H-хромен-3-ил)-3-оксопроп-1-ен-1-ил)-4-оксо-4H-хромен-7-ил ацетат (14)

Выход – 52%. Тпл 243–246°С. ¹H ЯМР (400 MHz, DMSO-d₆) δ 8.79 (s, 1H), 8.55 (s, 1H), 8.28 (d, J = 15.8 Hz, 1H), 8.03 (s, 1H), 7.98 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.82 (s, 1H), 7.52 (d, J = 15.7 Hz, 1H), 6.98 (d, J = 11.0 Hz, 1H), 6.90 (s, 1H), 2.39 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₄H₁₅BrO₇ (495.28): Вычислено: C, 58.2; H, 3.1; Br, 16.1; O, 22.6. Найдено: C, 58.13; H, 3.12; Br, 16.18; O, 22.57. ESI-MS (m/z) 495 [M + H]⁺

(E)-3-(3-(6-хлор-2-оксо-2H-хромен-3-ил)-3-оксопроп-1-ен-1-ил)-4-оксо-4H-хромен-7-ил ацетат (15)

Выход – 53%. Тпл 251–252°С. ¹H ЯМР (300 MHz, DMSO-d₆) δ 8.80 (s, 1H), 8.58 (s, 1H), 8.30 (d, J = 15.7 Hz, 1H), 8.07 (d, J = 2.5 Hz, 1H), 7.98 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.94 (s, 1H), 7.77 (dd, J = 8.9, 2.6 Hz, 1H), 7.55 (s, 1H), 7.51 (d, J = 6.6 Hz, 1H), 6.98 (dd, J = 8.8, 2.2 Hz, 1H), 6.91 (s, 1H), 2.88 (s, 3H). Данные элементного анализа (%) для C₂₃H₁₃ClO₇ (436.79): Вычислено: C, 63.2; H, 3; Cl, 8.1; O, 25.6. Найдено: C, 63.15; H, 3.06; Cl, 7.96; O, 25.83. ESI-MS (m/z) 436 [M + H]⁺

In vitro изучение антиоксидантной активности

Исследование антирадикальных свойств соединений 1-15 проведено методом DPPH-теста [18]. В ходе анализа к 0,05 мл метанольного 0,4 мМ раствора DPPH (Sigma-Aldrich) добавляли 0,1 мл раствора изучаемого соединения в ДМСО в концентрациях 1000 µг/мл; 500 µг/мл; 250 µг/мл; 125 µг/мл и 62,5 µг/мл. Полученные растворы инкубировали при комнатной температуре 30 мин. По истечение указанного временного промежутка производили спектрофотометрическое детектирование при длине волны 518 нм против чистого метанола. Оптическую плотность раствора DPPH в метаноле принимали за положительный контроль (А₀). В качестве вещества сравнения использовали Trolox в аналогичных концентрациях. Процент ингибирования образования DPPH радикала рассчитывали по формуле:

$\%инг.=\frac{A_x}{A_0}\times 100$,

где: А_х – оптическая плотность пробы образца экстракта; А₀ – оптическая плотность пробы положительного контроля.

IC₅₀ рассчитывали исходя из зависимости концентрация-ингибирующая способность методом пробит-анализа.

Исследование хелатирующих свойств соединений 1-15 проведено о-фенантролиновым методом [19]. Инкубационная среда состояла из 1 мл 0,05% метанольного раствора о-фенантролина, 2 мл железа (II) хлорида (200 мкМ) и 2 мл различных концентраций изучаемых веществ. Полученную смесь инкубировали 10 мин. при комнатной температуре. Оптическую плотность образцов измеряли при 510 нм. Положительным контролем выступала среда инкубации без добавления изучаемых веществ. Процент ингибиции рассчитывали по формуле:

$\%инг.=\frac{B_x}{B_0}\times 100$,

где: B_х – оптическая плотность пробы образца; B₀ – оптическая плотность пробы положительного конт- роля.

При изучении Fe²⁺-аскорбат индуцированного ПОЛ инкубационная среда состояла из 100 мМ трис HCl буфера с pH 7,4; 0,5 мМ аскорбата, 12 мкМ сульфата железа (II) и 100 µл гомогената головного мозга крыс. Реакцию проводили 45 мин на водяной бане при 37°С. Для определения интенсивности ПОЛ в нулевое время и через 60 минут инкубации отбирали по 0,5 мл суспензии, смешивали на холоде с 1 мл 30% раствора трихлоруксусной кислоты. Полученную смесь центрифугировали при 3 тыс. об./мин 15 минут. К надосадочной жидкости добавляли 0,1 мл 5 М раствора HCl и 1 мл 0,6% раствора тиобарбитуровой кислоты и нагревали на водяной бане 15 минут при 100°С. Количество ТБК-АП рассчитывали, используя коэффициент молярной экстинкции малонового диальдегида –1,56×10⁵М^-1 см^-1 [20].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Производные (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она получают конденсацией 3-формилхромона с 3-ацетилкумарином в спирте с использованием в качестве катализатора органических оснований – N,N-диметиламинопиридина [21] или пиперидина [22]. Для этой реакции в различных условиях изучены каталитические свойства кислот Льюиса [23, 24]. Однако, на наш взгляд, данный синтетический подход не может быть применен при введении во взаимодействие 3-формилхромона ввиду высокой реакционной способности положения С(2): в присутствии даже слабых нуклеофилов происходит раскрытие пиронового цикла с формированием замещенных фенолов.

Производные (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она 1-15 синтезировали кипячением эквимольных количеств соответствующих замещенных 3-формилхромонов и 3-ацетилкумаринов в ледяной уксусной кислоте в присутствии каталитических количеств концентрированной серной кислоты (cхема 1).

R¹ = R² = R³ = R⁴ = R⁵ = H (1); R¹ = R² = R³ = H, R⁴ = NO₂, R⁵ = Me (2); R¹ = R² = R³ = H, R⁴ = Me, R⁵ = Br (3); R¹ = R² = R³ = R⁴ = H, R⁵ = Cl (4); R¹ = Me; R² = R³ = R⁴ = R⁵ = H (5); R¹ = R⁵ = Me, R² = R³ = H, R⁴ = NO₂ (6); R¹ = R⁴ = Me, R² = R³ = H, R⁵ = Br (7); R¹ = Me, R² = R³ = R⁴ = H, R⁵ = Cl (8); R¹ = Me; R³ = NO₂, R² = R⁴ = R⁵ = H (9); R¹ = R⁵ = Me, R² = H, R³ = R⁴ = NO₂, (10); R¹ = R⁴ = Me, R² = H, R³ = NO₂, R⁵ = Br (11); R¹ = Me, R² = R⁴ = H, R³ = NO₂, R⁵ = Cl (12); R¹ = R³ = H, R² = OAc, R⁴ = NO₂, R⁵ = Me (13); R¹ = R³ = H, R² = OAc, R⁴ = Me, R⁵ = Br (14); R¹ = R³ = R⁴ = H, R² = OAc, R⁵ = Cl (15)

Сведения о некоторых физико-химических параметрах соединений 1-15 представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Физико-химические характеристики производных (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она

Соединение	Выход, ٪	Т.пл (ТГФ:ДМФА)	Мол. масса*	Брутто-формула**
1	56	267–268 (лит. 270–272 [21])	344	C21H12O5
2	55	257–259	403	C22H13O7
3	54	258–260	437	C22H13BrO5
4	59	231–233	378	C21H11ClO5
5	52	235–237	358	C22H14O5
6	54	248–251	417	C23H15O7
7	57	256–258	451	C23H15BrO5
8	54	236–238	392	C22H13ClO5
9	56	261–263	403	C22H13NO7
10	56	213–216	462	C23H14N2O9
11	49	275–276 (разл)	496	C23H14BrNO7
12	47	283–284 (разл)	437	C22H12ClNO7
13	51	284–286 (разл)	461	C24H15NO9
14	52	243–245	495	C24H15BrO7
15	53	247–249	436	C23H13ClO7

Примечание: * – по данным масс-спектроскопии (полученные значения соответствуют расчетным); ** – данные элементного анализа соответствуют расчетным значениям

 

В настоящее время для прогнозирования реакционной способности соединений активно применяют квантово-химические методы расчетов, одним из наиболее перспективных из которых является расчет на основе теории функционала плотности (DFT), позволяющий проанализировать распределение граничных молекулярных орбиталей в молекуле. С точки зрения поиска новых антиоксидантных средств применение данного метода является оправданным ввиду того, что гидроксильный радикал, проявляющий электрофильные свойства [25], будет взаимодействовать прежде всего с высшей занятой молекулярной орбиталью.

Оценка распределения граничных молекулярных орбиталей соединений 1-15 проведена на основе анализа структуры граничных орбиталей. Все необходимые расчеты проведены с помощью программы Gaussian 09 на основе теории функционала плотности (DFT) с использованием базисного набора B3LYP/6-311 G(d, p) [26].

Параметры распределения электронной плотности (участки молекулы, на которых сконцентрированы высшая занятая молекулярная орбиталь (ВЗМО) и низшая свободная молекулярная орбиталь (НСМО)) для соединения 1 приведены на рисунке 1. Для расчетов в качестве растворителя была выбрана вода, поскольку все биологические процессы протекают в водной среде организма.

 

Схема 1 – Синтез производных (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она

 

Рисунок 1 – Распределение граничных орбиталей в соединении 1. Примечание: А – высшая занятая молекулярная орбиталь; Б – низшая свободная молекулярная орбиталь

 

Как видно из рисунка 1, высшая занятая молекулярная орбиталь сконцентрирована главным образом на фрагменте бенз-γ-пирона и пропеноновом фрагменте. Соединения 2-15 имеют аналогичные параметры распределения граничных орбиталей.

Помимо этого, in silico нами проведен расчет вероятного спектра фармакологической активности с помощью онлайн-сервиса PASS Online [27]. Из полученного массива данных нами отобраны только те виды активности, которые характеризуют антиоксидантные свойства молекул. Полученные значения приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Прогноз антиоксидантной активности производных 1-15

Соединение	Вид активности
	Непрямая антиоксидантная	Прямая антиоксидантная
1	0,372	0,426
2	0,259	0,271
3	0,326	0,397
4	0,278	0,286
5	0,330	0,418
6	0,265	0,280
7	0,327	0,398
8	0,274	0,293
9	0,259	0,271
10	0,259	0,268
11	0,255	0,245
12	0,215	0,202
13	0,395	0,574
14	0,377	0,567
15	0,310	0,455

 

Как видно из табл. 2, производные 1-15 в большей степени могут проявлять прямую антиоксидатную активность. Наибольшей вероятностью проявления данного вида активности (Ра>0,5) характеризуются соединения 13 и 14, содержащие в структуре ацетокси-группы.

Исследование антирадикальных свойств соединений 1-15 проведено методом DPPH-теста. Полученные данные представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Антирадикальная активность соединений 1-15

Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл
1	1,22±0,002	6	2,49±0,002	11	1,28±0,003
2	3,29±0,001	7	2,46±0,001	12	2,3±0,001
3	1,24±0,001	8	1,21±0,002	13	1,23±0,001
4	3,2±0,001	9	2,34±0,003	14	2,39±0,001
5	2,39±0,002	10	1,45±0,003	15	1,31±0,001
				Trolox	0,15±0,002

 

Основываясь на данных таблицы 3 можно предположить, что наиболее высокой антирадикальной активностью обладают соединения 1, 3, 11, 13 и 15. Учитывая особенность проведения DPPH – теста также можно предполагать наличие у исследуемых веществ водород-акцепторных свойств.

Данные о хелатирующих свойствах соединений 1-15 представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Хелатирующие свойства соединений 1-15

Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл
1	2,9±0,161	6	3,03±0,183	11	3,05±0,069
2	2,11±0,224	7	3,15±0,089	12	3,36±0,128
3	2,47±0,235	8	3,55±0,26	13	3,64±0,185
4	2,86±0,13	9	2,73±0,168	14	3,16±0,13
5	3,58±0,202	10	3,26±0,098	15	4,98±0,097
				ЭДТА	1,52±0,014

 

Наиболее выраженными хелатирующими свойствами в отношении Fe²⁺ обладают соединения 1-4, что особенно важно в процессах перекисного окисления липидов, индуцируемое ионами двухвалентных металлов.

Значения IC₅₀ (ммоль/мл), характеризующие способность исследуемых соединений влиять на Fe²⁺-аскорбат индуцированное ПОЛ, представлены в таблице 5.

 

Таблица 5 – Значения IC₅₀ (ммоль/мл), характеризующие способность исследуемых соединений влиять на Fe²⁺-аскорбат индуцированное ПОЛ

Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл	Соединение	IC50, ммоль/мл
1	9,88±0,197	6	7,16±0,145	11	9,6±0,058
2	8,73±0,183	7	7,76±0,137	12	7,34±0,158
3	9,84±0,07	8	7,32±0,199	13	7,03±0,091
4	8,27±0,047	9	9,8±0,125	14	8,19±0,122
5	8,8±0,091	10	9,78±0,101	15	9,42±0,073
				Trolox	2,3±0,003

 

Учитывая высокую патологическую роль Fe²⁺ – зависимых окислительных процессов в органах с высокой метаболической активностью, например, головного мозга, подавление ПОЛ на фоне изучаемых веществ, преимущественно 12 и 13 может играть существенную роль в выживаемости нейронов и клеток глии при поражении головного мозга различной этиологии.

Окислительный стресс представляет собой практически универсальный патофизиологический процесс, который играет роль в развитии и прогрессировании целого ряда заболеваний, начиная от атеросклеротического поражения интимы сосудов и заканчивая хронической обструктивной болезнью легких [28]. Современные представления об окислительном стрессе базируются на двух основных постулатах: повреждение макромолекул опосредуется активными формами кислорода (АФК) или возникает в результате нарушения двуэлектронных окислительно-восстановительных реакций тиоловых цепей. При этом считается, что превалирующим механизмом развития окислительного стресса является окислительная модификация структур клетки под влиянием АФК в присутствии следовых количеств ионов двухвалентных металлов, преимущественно Fe²⁺, известного как перекисное окисление липидов (ПОЛ). АФК представляют собой небольшие молекулы, имеющие неспаренный электрон и легко диффундирующие через мембранный липидный бислой. АФК – очень лабильные структуры, которые спонтанно и без существенных затрат энергии могут подвергаться взаимными превращениям, что в большинстве случаев и определяет их патогенетическую значимость в развитии заболеваний, сопряженных с окислительным стрессом [29]. В настоящее время установлено, что АФК чаще имеют внутриклеточное происхождение и генерируются в процессах клеточного дыхания и метаболизма. В процессе клеточного дыхания в ходе последовательной передачи одиночных электронов в электронтранспортной цепи митохондрий, интермедиаты с нечетным числом электроном могут «выпадать» из цепи, образуя АФК. В тоже время большое количество ферментов (ксантиноксидаза, синтазы оксида азота, цитохромы, НАДФ-оксидазы) производят АФК в качестве побочного продукта метаболизма. Стоит учитывать, что АФК приобретают цитотоксические свойства только при превышении критической физиологической концентрации или дисфункции систем антиоксидантной защиты [30].

Естественная защита от АФК состоит из скэвенджеров АФК и антиоксидантных ферментов. Ферменты эндогенной антиоксидантной защиты представлены прежде всего тремя изоферментами супероксиддисмутазы, различающиеся субклеточным расположением и катализирующих реакцию дисмутации супероксида до кислорода и перекиси водорода. Каталаза также является важным защитным фактором от АФК и разлагает пероксид водорода до воды. Тиоредоксины, включающие несколько изоформ, позволяют восстанавливать окисленные белки за счет тиол-дисульфидного обмена цистеина. Глутатионпероксидазы восстанавливают гидропероксиды липидов до спиртов и перекись водорода до воды; глутатионсинтетаза отвечает за синтез основного клеточного антиоксиданта глутатиона и, следовательно, также играет важную роль в детоксикации АФК. Скэвенджеры АФК имеют преимущественно экзогенное происхождение и представлены активными биомолекулами, такими как: токоферол, аскорбиновая кислота, каротиноиды, мочевая кислота и полифенолы [31].

Основным вектором терапии окислительного стресса является применение веществ, обладающих прямой антиоксидантной активностью, как природного, так и синтетического происхождения. Так, González et al., 2015 было показано, что эффективным прямым антиоксидантом является прополис [32]. Mai W, et al., 2020 показано, что берберин – алкалоид изохинолинового ряда существенно уменьшает концентрацию внутриклеточного пероксида водорода за счет наличия радикал-связывающих свойств [33]. Наиболее известным синтетическим скэвенджером АФК является N-ацетилцистеин [34]. Также прямые антиоксидантные свойства были установлены и для некоторых производных хромона [35]. Однако, несмотря на наличие достаточно большого количества соединений с установленными антиоксидантными свойствами, расширение списка данных веществ, особенно за счет целенаправленного синтеза эффективных антиоксидантов является актуальной задачей современной медицинской химии, на что указывает Yang CS, et al., 2018. [36]. В этой связи было проведено исследование, посвященное синтезу и изучению антиоксидантных свойств производных (E)-3-(3-(4-оксо-4Н-хромен-3-ил)акрилоил)-2Н-хромен-2-она, которое показало, что анализируемые соединения демонстрируют высокий уровень антирадикальной активности, что подтверждалось данными, полученными в ходе проведения DPPH-теста. Также немало важно наличие у исследуемых соединений хелатирующих свойств в отношение Fe²⁺, что может играть критическую роль в терминации железо-индуцированного ПОЛ и также было подтверждено в ходе данной работы. Также анализ токсичности родственных соединений позволяет предполагать низкую системную токсичность анализуремых соединений [37] что с совокупности с высокой антиоксидантной активностью делает дальнейшее изучение данных веществ перспективным с позиции разработки лекарственного средства для длительной системной коррекции окислительного стресса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы осуществлен синтез 15 производных (E)-3-(3-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)акрилоил)-2H-хромен-2-она, структура которых подтверждена методами ядерного магнитного резонанса, элементного анализа, масс-спектрометрии. По данным in silico прогноза для изучаемых соединений наиболее характерна прямая антиоксидантная активность. При этом данные прогноза в целом согласуются с результатами in vitro изучения антиоксидантных свойств полученных соединений.

ФИНАНСОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Данное исследование не имело финансовой поддержки от сторонних организаций

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

ВКЛАД АВТОРОВ

С.С. Шатохин – поиск и анализ литературы, выполнение квантово-химических расчетов, синтез и установление структуры полученных соединений, написание текста рукописи; В.А. Тускаев – синтез и установление структуры полученных соединений; С.Ч. Гагиева – синтез и установление структуры полученных соединений; Д.И. Поздняков – проведение фармакологических исследований и интерпретация полученных данных; Э.Т. Оганесян – поиск и анализ литературы, интерпретация полученных результатов, написание текста рукописи.

 

¹ Государственная фармакопея Российской Федерации, 14 изд. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://femb.ru/femb/pharmacopea.php (дата обращения: 16.05.2020)

Об авторах

Станислав Сергеевич Шатохин

Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: Shatohin.stanislav95@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7891-8338

аспирант кафедры органической химии

Россия, 357532, Пятигорск, пр-кт Калинина, 11

Владислав Алиханович Тускаев

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова» Российской академии наук (ИНЭОС РАН)

Email: tuskaev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7182-462X

кандидат фармацевтических наук, ведущий научный сотрудник химического факультета, ведущий научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3; 119991, Москва, ул. Вавилова, 28

Светлана Черменовна Гагиева

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Email: sgagieva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4654-9974

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник химического факультета

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3

Дмитрий Игоревич Поздняков

Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: pozdniackow.dmitry@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0889-7855

кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры фармакологии с курсом клинической фармакологии

Россия, 357532, Пятигорск, пр-кт Калинина, 11

Эдуард Тоникович Оганесян

Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: edwardov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2756-9382

доктор фармацевтических наук, профессор, заведующий кафедрой органической химии

Россия, 357532, Пятигорск, пр-кт Калинина, 11

Список литературы

Дополнительные файлы