Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Андрюков К.В. 1 Коркодинова Л.М. 1

---

1 ГБОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия»

Данная статья посвящена исследованию зависимости констант липофильности (log P) от квантово-химических параметров структурных фрагментов N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты. Исследовано влияние выбора метода расчёта структуры (РМ3 и АМ1) на прогнозирование констант липофильности N-арилзамещённых производных антраниловой кислоты. Выполнен квантово-химический расчёт структур исследуемых соединений полуэмпирическими методами РМ3 и АМ1 программой Gaussian 03. Определены значимые параметры: суммарные значения напряженности электрического поля Σ(Е), потенциал Σ(φ) и абсолютная величина заряда Σ(|q|) на атомах кислорода, азота, углерода и гидрофобного фрагмента Σ(Н). Составлено два корреляционных уравнения, связывающих константы липофильности с квантово-химическими параметрами. По этим уравнениям были рассчитаны прогнозируемые значения log P шести новых соединений из этого ряда с дальнейшим подтверждением экспериментального их значения. Проведена сравнительная оценка результатов прогноза log P. Исследована графически взаимосвязь структура – противовоспалительная активность с использованием рассчитанных значений log P.

Статья в формате PDF

334 KB

N–арилзамещенные производные антраниловой кислоты

константа липофильности (logP)

противовоспалительная активность

структура-активность

1. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М., Данилов Ю.Л., Вахрин М.И. Изучение взаимосвязи «структура-свойство» констант липофильности N-алкилзамещенных производных антраниловой кислоты с квантово-химическими параметрами, рассчитанными неэмпирическим методом Хартри-Фока // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2; URL: http://www.science-education.ru/ 102-6083.

2. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М., Данилов Ю.Л., Вахрин М.И., Визгунова О.Л. Зависимость константы распределения в системе октанол – вода от структурных параметров N-алкилзамещенных производных антраниловой кислоты, рассчитанных полуэмпирическими методами // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 7, Ч. 2. – С. 437–440.

3. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М., Данилов Ю.Л., Вахрин М.И. Оценка полуэмпирических методов расчёта структуры N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты для прогнозирования коэффициента распределения октанол – вода // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 3; URL: www.science-education.ru/103-6092.

4. Андрюков К.В. Прогнозирование значений констант ионизации в ряду замещённых амидов и гидразидов N–ацил–5–бром(3,5–дибром)антраниловых кислот с использованием квантово-химических параметров // Хим.фарм.журнал. – 2009. – Т. 43, № 4. – С. 3–6.

5. Коркодинова Л.М., Андрюков К.В., Вейхман Г.А., Ендальцева О.С., Визгунова О.Л. Константы липофильности N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты в изучении связи структура – противовоспалительная активность // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 3; URL: www.science-education.ru/109-9397.

6. Марданова, Л.Г. Биологическая активность и взаимосвязь «структура – действие» некоторых метаболитов триптофана и их производных: дис. … д-ра фармац. наук. – Пермь, Пермск. гос. фармац. академия, 2003. – 338 с.

7. Сернов Л.Н., Гацура В.В. Элементы экспериментальной фармакологии, Всероссийский научный центр по безопасности биологически активных веществ. – М., 2000. – С. 311–312.

8. Avdeef, A. Absorption and Drug Development, Wiley-Interscience, Hobroken, NJ.–2003.–287p.

9. Leo A. Some advantages of calculating octanol-water partition coefficients // J. Pharm. Sci. – 1987. – Vol. 76. – P. 166–168.

10. Podunavac-Kuzmanović S.O., Cvetković D.D. // Chem. Ind. Chem. Eng. – Q. 17. – 2011. – Р. 9–15.

Метод исследования количественных соотношений между структурой и физико-химическим свойством является инструментом в прогнозировании ключевых свойств химических молекул: липофильности (log P) [1, 2, 3], ионизации [4] и других. Липофильность влияет на проникновение биологически активных веществ через клеточные мембраны и является одним из ключевых детерминантов фармакокинетических свойств, значения которого позволяют предсказывать биологическую активность веществ [10, 5].

Цель данной работы заключается в прогнозировании констант липофильности (log Pрассч) с использованием квантово-химических параметров и исследовании зависимости величины противовоспалительной активности (ПВА) от рассчитанных значений log P. Объектом исследования являются производные антраниловой кислоты, при атоме азота которых содержатся ароильные и алкилфенильные заместители под общим названием N-арилзамещенные производные антраниловой кислоты.

R = H, R1 = NHCH2CH = CH2, R2 = NHCO(2-фурил) (I); R = H, R1 = OH, R2 = NHCH2C6H5 (II); R = H, R1 = OH, R2 = NHCOC6H4(2-OCH3) (III); R = Br, R1 = NH2, R2 = NHCOC6H5 (IV); R = Br, R1 = NH2, R2 = NHCOC6H4(4-NO2) (V); R = Br, R1 = NH2, R2 = NHCOC6H4(2-COOH) (VI); R = I, R1 = NHCH2C6H5, R2 = NHCOCH2C6H5 (VII); R = I, R1 = NHCH2CH2OH, R2 = NHCOCH2C6H5 (VIII); R = I, R1 = NHCH2CH2OH, R2 = NHCOC6H5 (IX); R = I, R1 = NHCH3, R2 = NHCOC6H5 (X); R = I, R1 = NHNH2, R2 = NHCOC6H5 (XI); R = I, R1 = NHCH3, R2 = NHCO(2-фурил) (XII); R = I, R1 = NHCH2CH2OH, R2 = NHCO(2-фурил) (XIII); R = H, R1 = OH, R2 = NHCOC6H4(3-NO2) (XIV); R = H, R1 = OH, R2 = NHCOC6H3(2,4-Cl2) (XV).

В проводимом нами исследовании связи структуры с константами липофильности мы использовали, из рассчитанных электронных параметров, суммарные значения напряженности электрического поля Σ(Е), потенциала Σ(φ) и абсолютной величины заряда Σ(|q|) на атомах кислорода, азота, углерода и гидрофобного фрагмента Σ(Н). Структура гидрофобного фрагмента получена с помощью программы Ligand Scout 3,01. Указанный подход позволяет учесть структурные особенности исследуемого класса соединений и сводится к оценке влияния отдельных элементов структуры на липофильность. Квантово-химические параметры рассчитаны полуэмпирическими методами РМ3 и АМ1 с полной оптимизацией геометрии молекул, с использованием программы Gaussian 03.

В исследуемых рядах соединений с использованием программы Statistica 6 рассчитаны коэффициенты линейной корреляции Пирсона, отражающие зависимость log P от квантово-химических параметров: ΣС(E), ΣО(E), ΣN(E), ΣC(φ), ΣО(φ), ΣN(φ), ΣC(|q|), ΣO(|q|), ΣN(|q|), ΣH(E), ΣH(φ) и ΣH(|q|). Для дальнейшего изучения связи констант липофильности с квантово-химическими характеристиками были отобраны суммарные параметры, дающие наибольшие коэффициенты корреляции: ΣN(E), ΣО(φ), ΣO(|q|) и ΣН(φ). Проведен множественный регрессионный анализ, в ходе которого было использовано 4 переменных. Отбор переменных для уравнения регрессии проводили методом пошагового включения параметров, удовлетворяющих заданным уровням значимости статистических критериев. Всего было сгенерировано свыше 30 уравнений регрессии, из которых были отобраны по 2 уравнения для методов PM3 и AM1 с одинаковыми квантово-химическими параметрами (табл. 1).

Таблица 1

Уравнения регрессии связи констант липофильности (log Pрассч) с квантово-химическими параметрами N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты

Полученные регрессионные уравнения были использованы для расчёта значений log P шести новых соединений из ряда N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты (XVI – XXI) и проведена сравнительная характеристика log Pрассч с log Pэксп.

R = H, R1 = OH, R2 = NHCOCH2C6H5 (XVI); R = I, R1 = N(CH3)2, R2 = NHCO(2-фурил) (XVII); R = H, R1 = NHC6H4(4-Br), R2 = NHCH2C6H5 (XVIII); R = H, R1 = NHC6H4(4-Br), R2 = N(COCH3)CH2C6H5 (XIX); R = H, R1 = NHC6H4(4-CH3), R2 = NHCH2C6H5 (XX); R = H, R1 = NHC6H4(4-CH3), R2 = N(COCH3)CH2C6H5 (XXI).

Для проведения сравнительной оценки прогнозирования log Pрассч с помощью полученных уравнений (1)–(4) (табл. 1) и рассчитанных квантово-химических параметров вычислены значения средней квадратичной ошибки прогноза: S1 = 0,63, S2 = 0,83, S3 = 1,04 и S4 = 1,18 (табл. 2). Величина средней квадратичной ошибки свидетельствует о том, что использование уравнения (1) (S1 = 0,63) и квантово-химических параметров, рассчитанных методом PM3, приводит к более точным результатам прогнозирования log P.

Таблица 2

Экспериментальные и теоретически рассчитанные константы липофильности N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты (XVI – XXI)

С целью изучения взаимосвязи структура – противовоспалительная активность мы использовали рассчитанные с помощью уравнения (1) (табл. 1) значения констант липофильности log Pрассч1 25 соединений (XXII – XXXXVI) N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты (табл. 3).

X = H, R1 = OH, R2 = H, R3 = COC6H4(3-CH3) (XXII); X = H, R1 = NHC6H4(4-Br), R2 = H, R3 = CH2C6H5 (XXIII); X = H, R1 = NHCH(C6H5)(1H-бензоимидазол-2-ил), R2 = H, R3 = C6H3(2,3-(CH3)2) (XXIV); X = H, R1 = NHNHCOCH2(1-пиперидинил), R2 = H, R3 = C6H3(2,3-(CH3)2) (XXV); X = H, R1 = NHNHCOCH2(1-морфолил), R2 = H, R3 = C6H3(2,3-(CH3)2) (XXVI); X = H, R1 = NHN = CH-C6H4(4-OCH3), R2 = H, R3 = C6H3(2,3-(CH3)2) (XXVII); X = H, R1 = NHCH2CH = CH2, R2 = H, R3 = COC6H4(4-OCH3) (XXVIII); X = H, R1 = NHCH2CH = CH2, R2 = H, R3 = COC6H4(4-Br) (XXIX); X = I, R1 = OC2H5, R2 = H, R3 = COC6H5 (XXX); X = I, R1 = OC2H5, R2 = H, R3 = CO(2-фурил) (XXXI); X = Br, R1 = NHCH2CH = CH2, R2 = H, R3 = COC6H5 (XXXII); X = I, R1 = NHCH2C6H5, R2 = H, R3 = CO(2-фурил) (XXXIII); X = I, R1 = N(CH3)2, R2 = H, R3 = CO(2-фурил) (XXXIV); X = H, R1 = OH, R2 = COCH2C6H5, R3 = CH2CH = CClCH3 (XXXV); X = H, R1 = NH2, R2 = COC6H5, R3 = CH2CH = CH2 (XXXVI); X = H, R1 = NH2, R2 = COC6H5, R3 = CH2CH = CClCH3 (XXXVII); X = H, R1 = NHC6H4(4-CH3), R2 = H, R3 = CH2C6H5 (XXXVIII); X = Br, R1 = OH, R2 = H, R3 = COCH2C6H5 (XXXIX); X = Br, R1 = OH, R2 = H, R3 = COCH(C6H5)2 (XXXX); X = I, R1 = OH, R2 = H, R3 = COC6H5 (XXXXI); X = I, R1 = OH, R2 = H, R3 = COC6H4(4-Cl) (XXXXII); X = Br, R1 = NH2, R2 = H, R3 = COC6H4(4-Br) (XXXXIII); X = Br, R1 = NHC6H5, R2 = H, R3 = COCH2C6H5 (XXXXIV); X = I, R1 = NHCH3, R2 = H, R3 = COC6H5 (XXXXV); X = I, R1 = NHCH3, R2 = H, R3 = CO(2-фурил) (XXXXVI).

Таблица 3

ПВАэксп (4 часа), квантово-химические параметры и log Pрассч1 N-арилзамещенных производных антраниловой кислоты (XXII–XXXXVI)

Для исследования связи структура-активность использовали значения ПВАэксп (%), определенные через 4 часа, а для соединений ПВАэксп которых определено через 3 и 5 часов, среднее значение (табл. 3).

Соотношение ПВАэксп и log P рассчитанной наглядно иллюстрирует диаграмма линейной зависимости (рисунок).

Представленная кривая показывает высокую взаимосвязь значений log P рассчитанных и ПВА с коэффициентом корреляции R = 0,768 и критерием Фишера равным 33,21.

Таким образом, можно сделать вывод, что константы липофильности производных антраниловой кислоты оказывают влияние на величину ПВА. Полученные результаты показывают перспективность использования log P в прогнозировании веществ с высокой противовоспалительной активностью.

Соотношение log Pрассч и ПВАэксп (4 часа), %

Экспериментальная часть

Экспериментальное определение величин констант липофильности производных N-арилзамещенных антраниловой кислоты проводилось спектрофотометрическим методом в системе октанол – вода [8, 9].

Противовоспалительное действие соединений (XXII–XXXXVI) (табл. 3) исследовали на белых нелинейных крысах массой 200–220 г на модели каррагенинового отёка. Изучаемые вещества вводили внутрибрюшинно в дозе 50 мг/кг в виде водной суспензии, стабилизированной твином-80, за 1 ч до инъекции флогогена. Крысам контрольной серии вводили эквивалентное количество раствора твина. Объем лап животных измеряли онкометрически до и через 3, 4 и 5 ч после инициации воспаления [6]. Эффект оценивали по уменьшению прироста отека лап в сравнении с контрольной группой крыс.

Статистическую обработку данных проводили с использованием коэффициента Стьюдента [7].

Рецензенты:

Игидов Н.М., д.фарм.н., профессор кафедры общей и органической химии, ГБОУ ВПО ПГФА Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Пермь;

Михайловский А.Г., д.фарм.н., профессор кафедры общей и органической химии, ГБОУ ВПО ПГФА Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Пермь.

Работа поступила в редакцию 18.02.2014.

Библиографическая ссылка