Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,540

THE LIPOPHILICITY CONSTANT IN SEARCH OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES WITH ANTI-INFLAMMATORY ACTION IN SERIES OF DERIVATIVES N- ARYLSUBSTITUTED OF ANTHRANILIC ACIDS

Andryukov K.V. 1 Korkodinova L.M. 1
1 Perm state pharmaceutical academy
This article is devoted research of dependence of lipophilicity constants (log P) from quantum-chemical parameters of structural fragments N-arylsubstituted derivatives of anthranilic acid. Influence of a choice of a method of calculation of structure (РМ3 and АМ1) on prediction of lipophilicity constant (log P) of N – arylsubstituted derivatives of anthranilic acid is investigated. Quantum-chemical calculations of investigated compounds by semi-empirical methods РМ3 and АМ1 with use of program Gaussian 03 are executed. Quantum-chemical parameters are received: summarized values of intensity of electric field Σ(Е), potential Σ(φ) and absolute size of a charge Σ(|q|) on atoms of oxygen, nitrogen, carbon and a hydrophobic fragment Σ(Н). Two correlation equations connecting lipophilicity constants and quantum-chemical parameters were obtained. On these equations predicted values log P of six new substances from this number with the further acknowledgement of their experimental value have been calculated. The comparative estimation of results of the prediction of log P is spent. The relationship of structure – anti-inflammatory activity with use of the calculated values of logP is investigated graphically.
N–arylsubstituted derivatives of anthranilic acid
a lipophilicity constant (logP)
anti-inflammatory activity
structure-activity
1. Andryukov K.V., Korkodinova L.M., Danilov Yu.L., Vakhrin M.I. Izuchenie vzaimosvyazi «struktura-svojstvo» konstant lipofilnosti N-alkilzameschennykh proizvodnykh antranilovoj kisloty s kvantovo–khimicheskimi parametrami, rasschitannymi neempiricheskim metodom Khartri-Foka // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. no. 2; URL: http://www.science-education.ru/102-6083.
2. Andryukov K.V., Korkodinova L.M., Danilov Yu.L., Vakhrin M.I., Vizgunova O.L. Zavisimost konstanty raspredeleniya v sisteme oktanol-voda ot strukturnykh parametrov N-alkilzameschennykh proizvodnykh antranilovoj kisloty, rasschitannykh poluempiricheskimi metodami // Fundamentalnye issledovaniya. 2012. no. 7, ch. 2. pp. 437–440.
3. Andryukov K.V., Korkodinova L.M., Danilov Yu.L., Vakhrin M.I. Otsenka poluempiricheskikh metodov raschta struktury N-arilzameschennykh proizvodnykh antranilovoj kisloty dlya prognozirovaniya koeffitsienta raspredeleniya oktanol – voda // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. no. 3; URL: www.science-education.ru/103-6092.
4. Andryukov K.V. Prognozirovanie znachenij konstant ionizatsii v ryadu zameschnnykh amidov i gidrazidov N-atsil-5-brom(3,5-dibrom)antranilovykh kislot s ispolzovaniem kvantovo-khimicheskikh parametrov // Khim. Farm. zhurnal. 2009. T. 43, no. 4. pp. 3–6.
5. Korkodinova L.M., Andryukov K.V., Vejkhman G.A., Endaltseva O.S., Vizgunova O.L. Konstanty lipofilnosti N-arilzameschennykh proizvodnykh antranilovoj kisloty v izuchenii svyazi struktura – protivovospalitelnaya aktivnost // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013. no. 3; URL: www.science-education.ru/109-9397.
6. Mardanova L.G. Biologicheskaya aktivnost i vzaimosvyaz «struktura – dejstvie» ne-kotorykh metabolitov triptofana i ikh proizvodnykh: dis. … doktora farmats. nauk. Perm, permsk. gos. farmats. akademiya, 2003. 338 p.
7. Sernov L.N., Gatsura V.V., Elementy eksperimentalnoj farmakologii, vserossijskij nauchnyj tsentr po bezopasnosti biologicheski aktivnykh veschestv, Moskva. 2000. pp. 311–312.
8. Avdeef A. Absorption and drug development,Wiley-Interscience, hobroken, NY. 2003. 287 p.
9. Leo A. Some advantages of calculating octanol – water partition coefficients // J. Pharm. Sci. 1987. Vol. 76. pp. 166–168.
10. Podunavac-Kuzmanovic S.O., Cvetkovic D.D. // Chem.Ind.Chem.Eng. Q.17. 2011. pp. 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.

pic_42.wmf

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

№ п/п

Уравнение регрессии

R

F

N

Метод РМ3:

1

logPрассч1 = 2,558 – 0,320⋅ΣN(E) + 0,051⋅ΣO(φ) – 1,917⋅ΣO(|q|)

0,810

7,04

15

2

logPрассч2 = 2,317 + 0,046⋅ΣО(φ) – 1,781⋅ΣO(|q|) + 0,00040⋅ΣH(φ)

0,792

6,21

15

Метод АМ1:

3

logPрассч3 = 2,962 – 0,274⋅ΣN(E) + 0,125⋅ΣO(φ) – 5,670⋅ΣO(|q|)

0,808

6,91

15

4

logPрассч4 = 2,777 + 0,128⋅ΣО(φ) – 5,811⋅ΣO(|q|) + 0,00033⋅ΣH(φ)

0,798

6,44

15

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.

pic_43.wmf

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)

Соединение

PM3, log Pрассч

АМ1, log Pрассч

log Pэксп

1

S1

2

S2

3

S3

4

S4

XVI

2,65

0,63

2,47

0,83

2,87

1,04

2,77

1,18

1,99

XVII

2,50

2,47

2,30

2,31

2,90

XVIII

2,46

2,57

2,75

2,93

2,28

XIX

2,73

2,81

3,04

3,19

2,52

XX

2,46

2,55

2,75

2,94

2,33

XXI

2,72

2,80

2,99

3,15

2,40

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).

pic_44.wmf

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)

Соединение

ПВАэксп 4ч, %

N(E)

O(φ)

O(|q|)

log Pрассч1

XXII

25,40

0,55

42,0

1,03

2,55

XXIII

14,60

0,74

15,9

0,34

2,48

XXIV

8,10

2,34

18,1

0,36

2,04

XXV

21,40

1,88

34,2

0,68

2,40

XXVI

30,30

2,13

51,5

0,95

2,68

XXVII

41,80

1,31

32,6

0,54

2,77

XXVIII

36,50

1,08

45,9

0,90

2,83

XXIX

33,60

1,12

30,1

0,71

2,37

XXX

48,15

0,51

44,2

0,89

2,94

XXXI

48,90

0,47

57,5

0,99

3,44

XXXII

40,85

0,91

30,4

0,69

2,49

XXXIII

60,05

0,94

45,8

0,72

3,21

XXXIV

51,50

0,78

43,1

0,70

3,16

XXXV

46,85

0,11

46,7

1,02

2,95

XXXVI

35,05

0,78

31,3

0,76

2,45

XXXVII

42,40

0,80

31,4

0,72

2,52

XXXVIII

16,50

0,89

16,6

0,36

2,43

XXXIX

31,30

0,49

41,9

1,02

2,58

XXXX

28,60

0,57

46,6

1,02

2,80

XXXXI

37,35

0,53

41,1

1,02

2,53

XXXXII

26,90

0,53

41,1

1,02

2,53

XXXXIII

20,95

1,14

28,1

0,69

2,30

XXXXIV

44,45

0,96

32,5

0,70

2,57

XXXXV

32,70

0,70

29,7

0,71

2,49

XXXXVI

36,15

0,62

42,7

0,78

3,04

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.

pic_45.tif

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.