Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

Personal portfolio

SYNTHESIS OF 3-[2-(2-BENZOYLPHENOXY)ETHYL]-1-[2-(PHENOXY)ETHYL]URACIL DERIVATIVES AS POTENTIAL ANTI-HIV-1 AGENTS

Babkov D.A. 1 Novikov M.S. 1
1 Volgograd State Medical University
Currently, the treatment of HIV infection and the resulting acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is based on non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors. It should be noted that, despite the fairly intensive search for non-nucleoside inhibitors of HIV-1 replication, the problem continues to be among the most relevant and significant. This is due to two factors: the toxicity of drugs, as well as the high variability of the virus, which causes the emergence of drug-resistant strains of the virus, especially during long-term therapy. In order to synthesize novel compounds possessing high anti-HIV-1 activity against both wild type virus and multiple mutant strains we performed condensation of equimolar amounts of 1-[2-(phenoxy)ethyl]uracil derivatives with 1-bromo-2-[2-(3,5-dimethylbenzoyl)-4-chlorophenoxy]ethane that led to formation of target 3-[2-[2-(3,5-dimethylbenzoyl)-4-chlorophenoxy] ethyl]-1-[2-(phenoxy)ethyl] uracil derivatives with yields ranging from 66 to 90 %. Physicochemical properties and spectral characteristics of novel compounds were studied.
uracil derivatives
benzophenone
N-alkylation
anti-HIV-1 agents
1. 1-[2-(2-Benzoyl- and 2-benzylphenoxy)ethyl]uracils as potent anti-HIV-1 agents / M.S. Novikov [et al.] // Bioorg. Med. Chem. – 2011. – Vol. 19. – № 19. – P. 5794–5802.
2. Aronis M.L. Disseminated Histoplasma capsulatum and Cryptococcus neoformans co-infection in patients with AIDS / Aronis M.L., dos Santos R.P., Goldani L.Z. // Mycopathologia. – 2011. – Vol. 172. – № 3. – P. 233–236.
3. Castro M. Treatment and prophylaxis of Pneumocystis carinii pneumonia // Semin. Respir. Infect. – 1998. – Vol. 13. – № 4. – P. 296–303.
4. Clinical features and outcomes of HIV-related cytomegalovirus pneumonia / Salomon N. [et al.] // AIDS. – 1997. – Vol. 11. – № 3. – P. 319–324.
5. Contini C. Clinical and diagnostic management of toxoplasmosis in the immunocompromised patient // Parassitologia. – 2008. – Vol. 50. N 1-2. – P. 45-50.
6. Cytomegalovirus retinitis after initiation of highly active antiretroviral therapy in HIV infected patients: natural history and clinical predictors / D.Y. Lin [et al.] // Retina – 2002. – Vol. 22. – №3. – P. 268–277.
7. Deeks E.D. Etravirine / Deeks E.D., Keating G.M. // Drugs – 2008. – Vol. 68. – № 16. – P. 2357–2372.
8. Design and Synthesis of Conformationally Constrained Inhibitors of Non-Nucleoside Reverse Transcriptase / R. Gomez [at al.] // J. Med. Chem. – 2011. – Vol. 54. – № 16. – P. 7920−7933.
9. Discovery of 3-{5-[(6-amino-1H-pyrazolo[3.4-b]pyridine-3-yl)methoxy]-2-chlorophenoxy}-5-chlorobenzonitrile (MK-4965): a potent, orally bioavailable HIV-1 non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor with improved potency against key mutant viruses / T.J. Tucker [at al.] // J. Med. Chem. – 2008. – Vol. 51. – № 20. – P. 6503−6511.
10. Disseminated histoplasmosis with cutaneous lesions in an HIV patient / S. Mahy [et al.] // Eur. J. Dermatol. – 2011. – Vol. 21. – № 1. – P. 128–129.
11. Feller L. Herpes zoster infection as an immune reconstitution inflammatory syndrome in HIV-seropositive subjects: a review / Feller L., Wood N.H., Lemmer J. // Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod. – 2007. – Vol. 104. – № 4. – P. 455–460.
12. Freedman E. Epidemiology of herpes and HIV co-infection // J. HIV Ther. – 2004. – Vol. 9. – № 1. – P. 4–8.
13. Intestinal protozoa in HIV-infected patients: effect of rifaximin in Cryptosporidium parvum and Blastocystis hominis infections / M. Amenta [et al.] // J. Chemother. – 1999. – Vol. 11. – № 5. – P. 391–395.
14. Karakousis P.C. Mycobacterium avium complex in patients with HIV infection in the era of highly active antiretroviral therapy / Karakousis P.C., Moore R.D., Chaisson R.E. // Lancet Infect Dis. – 2004. – Vol. 4. – № 9. – P. 557–565.
15. Marie-Pierre de Bethune M.-P. Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs), their discovery, development, and use in the treatment of HIV-1 infection: A review of the last 20 years (1989–2009) // Antiviral Res. – 2010. – Vol 85. – № 1. – P. 75–90.
16. Menendez-Arias L. HIV-1 reverse transcriptase connection subdomain mutations involved in resistance to approved non-nucleoside inhibitors / Menendez-Arias L., Betancor G., Matamoros T. // Antiviral Res. – 2011. – Vol. 92. – № 2. – P. 139–149.
17. Minority variants associated with resistance to HIV-1 nonnucleoside reverse transcriptase inhibitors during primary infection / F. Nicot [et al.] // J. Clin. Virol. – 2012. – Vol. 55. – № 2. – P. 107–113.
18. Novikov M.S., Ozerov A.A. The Silyl Method for the Synthesis of 1[-2(Phenoxy)ethyl]uracils // Chem. Heterocycl. Compd. – 2005. – Vol. 41. – № 7. – P. 905–908.
19. Pereira-Chioccola V.L. Toxoplasma gondii infection and cerebral toxoplasmosis in HIV-infected patients / Pereira-Chioccola V.L., Vidal J.E., Su C. // Future Microbiol. – 2009. – Vol. 4. – № 10. – P. 1363–1379.
20. Prevalence of etravirine resistance associated mutations in HIV-1 strains isolated from infected individuals failing efavirenz: comparison between subtype B and non-B genetic variants / J. Pereira-Vaz [et al.] // J. Med. Virol. – 2012. – Vol. 84. – № 4. – P. 551–554.
21. Rilpivirine: a new addition to the anti-HIV-1 armamentarium / C.D. Miller [et al.] // Drugs Today. – 2011. – Vol. 47. – № 1. – P. 5–15.
22. Romines K.R. Structure-Activity Relationship Studies of Novel Benzophenones Leading to the Discovery of a Potent, Next Generation HIV Nonnucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor // J. Med. Chem. – 2006. – Vol. 49. – № 2. – P. 727–739.
23. Structural Basis for the Improved Drug Resistance Profile of New Generation Benzophenone Non-Nucleoside HIV-1 Reverse Transcriptase Inhibitors / J. Ren [et al.] // J. Med. Chem. – 2008. – Vol. 51. – № 16. – P. 5000–5008.
24. Sweet S.P. Candida albicans isolates from HIV-infected and AIDS patients exhibit enhanced adherence to epithelial cells / Sweet S.P., Cookson S., Challacombe S.J. // J. Med. Microbiol. – 1995. – Vol. 43. – № 6. – P. 452–457.
25. UNAIDS, 2014.
26. Wainberg M.A. 25 years of HIV-1 research – progress and perspectives / Wainberg M.A., Jeang K.-T. // BMC Medicine – 2008. – Vol. 6. – P. 31.

ВИЧ-инфекция, этиологическим агентом которой является вирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1), относится к особо опасным медленно прогрессирующим заболеваниям иммунной и центральной нервной систем. Вирус широко распространен в человеческой популяции. На конец 2012 г. по данным ВОЗ в мире насчитывалось более 35,3 млн ВИЧ-инфицированных человек [25]. ВИЧ инфицирует прежде всего клетки иммунной системы (Т-лимфоциты, макрофаги и дендритные клетки) и некоторые другие типы клеток, содержащие рецептор CD4. Инфицированные ВИЧ CD4+ Т-лимфоциты постепенно гибнут [26]. В результате этого субпопуляция CD4+ Т-лимфоцитов медленно сокращается и, как следствие, клеточный иммунитет снижается. При достижении критического уровня количества CD4+ Т-лимфоцитов организм становится восприимчивым к оппортунистическим (условно-патогенным) инфекциям, возбудителями которых являются Mycobacterium avium [14], Cryptosporidium parvum [13], Pneumocystis carinii [3], Toxoplasma gondii [19, 5], Cryptococcus neoformans [2], Histoplasma capsulatum [10] и Candida albicans [24], а также вирусы Herpes zoster [11], Herpes simplex type 1 и type 2 [12], цитомегаловирус [6, 4] и другие. При отсутствии высокоэффективной комплексной антиретровирусной терапии летальный исход наступает в течение 7–10 лет после инфицирования.

form_1.wmf

В настоящее время в комплексной терапии ВИЧ-инфекции и вызываемого ею синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) широко применяются ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы (невирапин и эфавиренц) [15]. Данные ингибиторы связываются с вирусным ферментом в гидрофобном «кармане», удаленном от активного центра обратной транскриптазы приблизительно на 10 A. Следует отметить, что, несмотря на достаточно интенсивный поиск ненуклеозидных ингибиторов репликации ВИЧ-1, данная проблема продолжает оставаться в ряду наиболее актуальных и значимых. Это связано с двумя факторами: токсичностью препаратов, а также с высокой изменчивостью вируса, которая обуславливает появление лекарственно устойчивых его штаммов, особенно в ходе длительной терапии. Возникновение таких штаммов обусловлено заменами аминокислотных остатков в гидрофобном «кармане» связывания ненуклеозидных ингибиторов. Наибольшей клинической значимостью обладают мутации K103N, Y181C, Y188L и некоторые другие. Даже единичные мутации могут привести к резистентности высокой степени в отношении одного ингибитора или кросс-резистентности к ненуклеозидным ингибиторам [16]. В этой связи поиск новых противовирусных препаратов, эффективных как в отношении дикого штамма, так и в отношении клинически наиболее важных мутантных изолятов для лечения ВИЧ-инфекции и СПИД, является чрезвычайно актуальной проблемой.

form_2.wmf

В последние годы в клиническую практику были введены препараты второго поколения – этравирин [7] и рилпивирин [21], которые обладают способностью подавлять репродукцию большинства штаммов вируса, устойчивых к действию невирапина и эфавиренца. Соответственно, они предназначены для лечения больных, которые ранее получали лечение препаратами первого поколения. Следует особо отметить тот факт, что уже к настоящему времени выявлены новые штаммы ВИЧ-1, которые обладают заметно меньшей чувствительностью к этравирину [20] и рилпивирину [17]. Кроме того, эти препараты также обладают определенной токсичностью и вызывают побочное действие у ряда пациентов. Следовательно, дальнейший поиск новых соединений, обладающих способностью блокировать репродукцию ВИЧ различных штаммов, по-прежнему остается актуальной задачей.

form_3.wmf

Среди ненуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы ВИЧ-1 второго поколения следует выделить производные диариловых эфиров (МК-1107) [9, 8] и производные бензофенона (GW678248) [22, 23], которые продемонстрировали ингибирующую активность как в отношении дикого, так и в отношении большинства мутантных штаммов ВИЧ-1 в клеточных культурах в наномолярном диапазоне концентраций. Ключевыми особенностями данных соединений являются способность к образованию водородных связей с главной цепью фермента – обратной транскриптазы ВИЧ – а также высокая конформационная мобильность их молекул. Однако основным недостатком данных соединений является относительно высокая токсичность.

Недавно нами были синтезированы соединения ряда 1, содержащие в своем составе остаток урацила, связанный с бензофеноновым фрагментом коротким мостиком, и изучены их вирусингибиторные свойства. Было показано, что соединения являются эффективными ингибиторами репродукции ВИЧ-1 в культуре МТ4 клеток и ключевого фермента репликации вируса – обратной транскриптазы как дикого типа, так и отношении большинства его мутантных вариантов. Однако соединения оказались практически неактивными в отношении V106A мутанта [1].

form_4.wmf

Цель исследования. В этой связи нами была предпринята попытка синтезировать соединения, которые были бы лишены данного недостатка. В качестве основы новых молекул 2 выступили соединения ряда 1, которые несли дополнительный феноксиэтильный заместитель у атома азота остатка урацила.

Результаты исследования и их обсуждение

Их синтез заключался в обработке 1-[2-(фенокси)этил]производных урацила 3, способ получения которых нами был ранее описан [18], эквимолярным количеством бромида 4 в растворе ДМФА в присутствии 1,5-кратного мольного избытка безводного карбоната калия при нагревании до 80 °С в течение 20 ч. При этом образовывались соответствующие 3-бензофенон-замещенные 1-[2-(фенокси)этил]производные урацила 2a – 2f, как это показано на схеме (рисунок).

Чистоту полученных соединений определяли методом тонкослойной хроматографии, строение – 1Н и 13С ЯМР-спектроскопией. Физико-химические свойства представлены в таблице.

form_5.wmf

Схема синтеза 3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(фенокси)этил]производных урацила

Физико-химические свойства 3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(фенокси)этил] производных урацила 2a – 2f

Соединение

R

Выход, %

Тпл, °C

Rf*

2a

H

70

133–135

0,31

2b

3-Me

66

128,5–130

0,46

2c

4-Me

83

127–129

0,40

2d

4-t-Bu

75

140–142

0,30

2e

4-Cl

90

148–149,5

0,34

2f

4-CN

83

112–114

0,31

Примечание. * этилацетат-гексан, 1:1.

Материалы и методы исследования

Спектры ЯМР 1Н и 13С регистрировали на спектрометре «Bruker Avance 400» (400 МГц для 1H и 100 МГц для 13С) в ССl4 и ДМСО-D6, внутренний стандарт тетраметилсилан. Тонкослойную хроматографию выполняли на пластинах «Merk TLS Silica gel 60 F254» (Германия), используя в качестве элюента смесь этилацетат-гексан (1:1). Пластины проявляли с помощью УФ-лампы VL-6.LC (Франция). Для флэш-хроматографии использовали Kieselgel 60-200 μm, 60 A (Acros Organics). Температуры плавления измерены в стеклянных капиллярах на приборе «Mel-Temp3.0» (Laboratory Devices Inc., США).

Общая методика получения 3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(фенокси)этил]производных урацила 2a – 2f. К раствору 1,77 ммоль производного урацила 3 в 10 мл безводного ДМФА прибавили 0,4 г (2,89 ммоль) карбоната калия, полученную смесь перемешивали при 80 °С в течение 1 ч, затем прибавили 0,65 г (1,77 ммоль) 1-бром-2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этана (4) и реакционную массу перемешивали при той же температуре еще 20 ч. Охладили до комнатной температуры, профильтровали, фильтрат упарили при пониженном давлении, остаток экстрагировали горячим хлороформом, экстракт упарили и остаток чистили флэш-хроматографией на силикагеле и перекристаллизовали из смеси этилацетат-гексан (1:1).

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(фенокси)этил]урацила (2a). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 2.28 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,6, CH2), 3,99 (2H, т, J = 5,3, CH2), 4,10 (2H, т, J = 6,1), 4,13 (2H, т, J = 4,9), 5,57 (1H, д, J = 7,8, H-5), 6,89-6,95 (2H, м, H-6″, H-4‴), 7,23-7,28 (7H, м, H-2′, H-4′, H-6′, H-2‴, H-3‴, H-5‴, H-6‴), 7,31 (1H, д, J = 2,7, H-3″), 7,53 (1H, дд, J = 9,0 и 2,6, H-5″), 7,62 (1H, д, J = 8,1, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 21,1; 48,4; 64,9; 65,3; 100,0; 114,8; 115,0; 121,3; 125,1; 127,2; 128,4; 129,8; 131,0; 131,5; 135,4; 136,8; 138,1; 145,0; 151,2; 154,5; 158,3; 162,5; 194,2.

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(3-метилфенокси)этил]урацила (2b). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 2,24 (3Н, с, СН3), 2,28 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,5, CH2), 3,98 (2H, т, J = 5,8, CH2), 4,08-4,12 (4H, м, 2×СН2), 5,56 (1H, д, J = 7,8, H-5), 6,67-6,75 (3H, м, H-6″, H-2‴, H-4‴), 7,13 (1H, т, J = 7,8, H-5‴), 7,22 (1H, c, H-4'), 7,24-7,26 (3H, м, H-2', H-6', H-6‴), 7,30 (1H, д, J = 2,7, H-3″), 7,52 (1H, дд, J = 8,9 и 2,7, H-5″), 7,60 (1H, д, J = 8,0, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 20,8; 21,1; 48,2; 64,7; 65,0; 99,8; 111,5; 114,8; 115,2; 121,8; 124,9; 127,0; 128,1; 129,3; 130,8; 131,2; 135,1; 136,6; 137,9; 139,1; 144,8; 150,9; 154,3; 158,0; 162,2; 194,0,

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хло­рфенокси]этил]-1-[2-(4-метилфенокси)этил]урацила (2c). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 2,19 (3Н, с, СН3), 2,27 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,3, CH2), 3,96 (2H, т, J = 5,1, CH2), 4,07-4,11 (4H, м, 2×СН2), 5,55 (1H, д, J = 7,8, H-5), 6,77 (2H, д, J = 8,6, H-3‴, H-5‴), 7,04 (2H, д, J = 8,0, H-2‴, H-6‴), 7,23-7,24 (4H, м, H-2', H-4', H-6', H-6″), 7,29 (1H, д, J = 2,6, H-3″), 7,50 (1H, дд, J = 8,9 и 2,8, H-5″), 7,59 (1H, д, J = 7,8, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 20,4; 21,0; 48,4; 65,0; 65,4; 100,0; 114,6; 115,0; 125,1; 127,2; 128,4; 130,0; 130,2; 131,0; 131,5; 135,3; 136,9; 138,1; 145,0; 151,2; 154,4; 156,2; 162,5; 194,2.

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлор­фенокси]этил]-1-[2-(4-трет-бутилфенокси)этил]урацила (2d). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 1,22 (9Н, с, 3×СН3), 2,27 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,3, CH2), 3,97 (2H, т, J = 5,7, CH2), 4,09-4,11 (4H, м, 2×СН2), 5,55 (1H, д, J = 7,9, H-5), 6,81 (2H, д, J = 8,6, H-3‴, H-5‴), 7,23-7,26 (6H, м, H-2', H-4', H-6', H-6″, H-2‴, H-6‴), 7,30 (1H, д, J = 2,7, H-3″), 7,52 (1H, дд, J = 8,8 и 2,7, H-5″), 7,61 (1H, д, J = 7,8, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 21,1; 31,6; 34,1; 48,5; 64,9; 65,3; 100,0; 114,3; 115,0; 125,1; 126,4; 127,2; 128,4; 131,0; 131,5; 135,4; 136,8; 138,1; 143,5; 145,0; 151,2; 154,5; 156,0; 162,5; 194,2.

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(4-хлорфенокси)этил]урацила (2e). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 2,27 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,6, CH2), 3,98 (2H, т, J = 5,4, CH2), 4,10 (2Н, т, J = 6,1, CH2), 4,13 (2Н, т, J = 5,1, CH2), 5,56 (1H, д, J = 7,9, H-5), 6,93 (2H, д, J = 9,0, H-3‴, H-5‴), 7,22 (1H, c, H-4'), 7,24-7,25 (3Н, м, H-2', H-6', H-6″), 7,28-7,31 (3H, м, H-3″, H-2‴, H-6‴), 7,53 (1H, дд, J = 8,8 и 2,7, H-5″), 7,61 (1H, д, J = 7,8, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 21,1; 48,3; 64,9; 65,7; 100,1; 115,0; 116,6; 125,0; 125,1; 127,2; 128,4; 129,6; 131,0; 131,5; 135,4; 136,8; 138,1; 145,0; 151,2; 154,5; 157,1; 162,5; 194,2.

3-[2-[2-(3,5-диметилбензоил)-4-хлорфенокси]этил]-1-[2-(4-циа­но­фенокси)этил]урацила (2f). 1H ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д., J (Гц): 2,28 (6Н, с, 2×СН3), 3,91 (2Н, т, J = 6,3, CH2), 4,01 (2H, т, J = 5,8, CH2), 4,10 (2Н, т, J = 6,1, CH2), 4,24 (2Н, т, J = 5,1, CH2), 5,57 (1H, д, J = 7,8, H-5), 7,08 (2H, д, J = 8,8, H-3‴, H-5‴), 7,22 (1H, c, H-4'), 7,24-7,25 (3H, м, H-2', H-6', H-6″), 7,30 (1H, д, J = 2,4, H-3″), 7,53 (1H, дд, J = 9,1 и 2,7, H-5″), 7,75 (1H, д, J = 7,8, H-6). 13С ЯМР-спектр (ДМСО-D6), δ, м.д.: 21,1; 48,1; 60,1; 64,9; 65,9; 100,1; 103,6; 115,0; 115,9; 119,3; 125,1; 127,2; 128,4; 131,0; 131,5; 134,5; 135,3; 136,8; 138,1; 145,0; 151,2; 154,5; 161,7; 162,5; 194,2.

Выводы В ходе проведенной работы осуществлен синтез 6 новых производных урацила, содержащих бензофеноновый фрагмент, связанный коротким мостиком с положением 3 гетероцикла. Полученные соединения представляют интерес как потенциальные анти-ВИЧ-1 агенты.

Настоящая работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 13-04-91440.

Рецензенты:

Симонян А.В., д.фарм.н., профессор кафедры фармацевтической технологии и биотехнологии Волгоградского государственного медицинского университета, г. Волгоград;

Ганичева Л.М., д.фарм.н., доцент кафедры управления и экономики фармации, медицинского и фармацевтического товароведения Волгоградского государственного медицинского университета, г. Волгоград.

Работа поступила в редакцию 15.09.2014.