N-замещенные 5-{[2-(винилокси)этокси]метил}-1,3-оксазолидин-2-оны - новые антибактериальные агенты Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ / CHEMICAL SCIENCES Оригинальная статья / Original article УДК 547.371:547.787.1:579.61 DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-21 -25

N-ЗАМЕЩЕННЫЕ 5-{[2-(ВИНИЛОКСИ)ЭТОКСИ]МЕТИЛ}-1,3-ОКСАЗОЛИДИН-2-ОНЫ -НОВЫЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ АГЕНТЫ

© Л.А. Беловежец, Н.А. Лобанова, Е.Х. Садыков, В.К. Станкевич

Иркутский институт химии имени А.Е. Фаворского СО РАН

Вследствие развития мульти-резистентности к антибиотикам у ряда микроорганизмов особенно актуальной становится задача разработки новых антибактериальных препаратов для борьбы с тяжелыми инфекционными заболеваниями. С целью поиска эффективных антибактериальных препаратов большое внимание исследователей привлекает синтез новых производных оксазолидин-2-онов, представляющих собой класс современных синтетических антибиотиков, активных по отношению к большинству грамположительных бактерий, в том числе - к метициллин-резистентному золотистому стафилококку. В настоящей работе реакцией 1-алкил- и 1-ариламино-3-(2-винилоксиэтокси)-2-пропанолов с диметилкарбонатом получены N-замещенные 5-{[2-(винилокси)этокси]метил}-1,3-оксазо-лидин-2-оны с выходом 91-99% и исследована их антимикробная активность. Обнаружена высокая бактериостатическая активность 3-фенил- и 3-бензил-5-{[2-(винилокси)этокси]метил}-1,3-оксазоли-дин-2-онов в отношении грамположительных бактерий (Bacillus subtilis, Enterococcus durans). Активность последнего сопоставима с активностью известного антибактериального препарата класса оксазолидин-2-онов - Линезолида, а в случае Bacillus subtilis - существенно ее превосходит. Таким образом, мы можем рекомендовать полученные соединения для дальнейшего изучения их антибактериальной активности с целью создания новых антибиотиков.

Ключевые слова: оксазолидин-2-оны, антибактериальная активность, грамположительные бактерии.

Формат цитирования: Беловежец Л.А., Лобанова Н.А., Садыков Е.Х., Станкевич В.К. N-замещенные 5-{[2-(винилокси)этокси]метил}-1,3-оксазолидин-2-оны - новые антибактериальные агенты // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 3. С. 21-25. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-21-25

N-SUBSTITUTED 5-{[2-(VINYLOXY)ETHOXY]METHYL}-1,3-OXAZOLIDIN-2-ONES -NEW ANTIBACTERIAL AGENTS

L.A. Belovezhets, N.A. Lobanova, E.Kh. Sadykov, V.K. Stankevich

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS

The main objective of the research is to design new antibiotics against serious infectious diseases, so the increasing multi-resistance strains to antibacterial agents is today amongst the worldwide health threats. The quest for original drugs overcoming some of the problems also became the focus of research programs, such as the synthesis of new oxazolidin-2-one derivatives that are modern class of synthetic antibiotics against a wide range of gram-positive bacteria including methicillin-resistant Staphylococcus aureus. New N-substituted 5-{[2-(vinyloxy)ethoxy]methyl}-1,3-oxazolidin-2-ones are synthesized by the reaction of 1-alkyl- and 1-aryla-mino-3-(2-vinyloxyethoxy)-2-propanols with dimethyl carbonate in 91-99% yields and their antibacterial activities are studied. For example, 3-phenyl- and 3-benzyl-5-{[2-(vinyloxy)ethoxy]methyl}-1,3-oxazolidin-2-ones manifest their high bacteriostatic activity against gram-positive bacteria (Bacillus subtilis, Enterococcus durans). Their activities are almost the same as for well-known antibacterial oxazolidin-2-one drug - Linezolid, and even substantially exceed the same with respect to Bacillus subtilis. All the compounds investigated are advanced agents for further developing of antibacterial preparations. Keywords: oxazolidin-2-ones, gram-positive bacteria, antibacterial activity

For citation: Belovezhets L.A., Lobanova N.A., Sadykov E.Kh., Stankevich V.K. N-substituted 5-{[2-(vi-nyloxy)ethoxy]methyl}-1,3-oxazolidin-2-ones - new antibacterial agents. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 3, pp. 21-25. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-21-25 (in Russian)

ВВЕДЕНИЕ

Длительное бесконтрольное применение антибиотиков привело к появлению микроорганизмов, устойчивых к большинству широко используемых антибиотиков, именно поэтому непрерывно ведется поиск новых антибактериальных средств.

Оксазолидин-2-оны представляют собой новый класс синтетических противомикробных средств, обладающих высокой антибактериальной активностью против грамположитель-ных аэробных бактерий, включая ванкомицин-резистентные и мультирезистентные микроорганизмы, в том числе устойчивые к метицил-лину Staphylococcus aureus (MRSA) и Bacillus anthracis, стойкие к пенициллину стрептококки [1-5]. Механизм действия производных окса-золидин-2-онов связан с ингибированием синтеза белка в рибосомах бактериальной клетки. В отличие от других антибиотиков, ингибиру-ющих синтез белка, они воздействуют на ранних этапах трансляции (необратимое связывание с 30S- и 50S-субъединицей рибосом), приводя к нарушению процесса образования 70S-комплекса и формирования пептидной цепи. В результате уникального механизма действия не отмечается перекрестной устойчивости микроорганизмов к оксазолидин-2-онам и другим антибиотикам, действующим на рибосомы (макролиды, линкозамиды, стрептограмины, аминогликозиды, тетрациклины и хлорамфе-никол) [6]. В связи с этим оксазолидин-2-оны могут быть полезны для лечения микробных инфекций у людей и теплокровных животных.

Вместе с тем известно, что многие производные виниловых эфиров аминоспиртов проявляют разнообразную физиологическую и биологическую активность [7, 8].

Исходя из этих фактов, можно предположить, что синтез соединений, сочетающих в одной молекуле винилоксигруппу и оксазоли-дин-2-оновый фрагмент, приведет к созданию новых биологически активных веществ и даст основание надеяться на расширение спектра их фармакологической активности.

С этой целью нами были получены вини-локсиалкильные производные оксазолидин-2-онов и исследована их бактериостатическая активность.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Взаимодействием виниловых эфиров ами-носпиртов 1 и диметилкарбоната получен ряд винилоксиалкильных производных оксазолидин-2-онов 2а-м (схема 1) с различными заместителями у атома азота оксазолидин-2-онового кольца. Реакцию осуществляли по разработанной нами методике, приведенной в [9]. Выход 5-{[2-(винилокси)этокси]метил}-1,3-оксазолидин-2-онов 2а-м составил 91-99%.

Определение биологической активности осуществляли стандартным диск-диффузион-ным методом [10] по отношению к следующим микроорганизмам: Bacillus subtilis В-406, Enterococcus durans В-603, Penicillium citreo-viride 1777, Escherichia coli 1238 (предоставлены ВКМ), Trichosporon cutaneum 5, Streptomyces asterosporus БКР В-2226 (предоставлены коллекцией института микробиологии НАН Беларуси). Культуры выращивались на следующих питательных средах:

- Bacillus subtilis - на картофельном агаре;

- Enterococcus durans - на модифицированной среде для молочнокислых бактерий с Твин-80 (среда № 75 ВКМ);

- Escherichia coli- на МПА;

- Penicillium citreo-viride - на сусло-агаре (6о по Балингу);

- Streptomyces asterosporus - на среде Чапека;

Trichosporon cutaneum - на среде следующего состава: (NH4)HPO4 - 2,2, KCl - 0,64, MgSO47H2O - 0,5, глюкоза - 0,5, агар - 15,0, вода водопроводная до 1 л.

Результаты оценивали по появлению зон угнетения роста микроорганизма. Для работы использовали разведения исследуемых веществ от 0,025 до 40 мкг/мл. Зону подавления роста фиксировали через 2-5 сут в зависимости от культуры.

"О"

1а-м

-NH

I

R

+ O:

<

OMe

OMe

NaOMe (11 мол.%), кипячение, 1,5-7,5 ч

-2MeOH

О

2а-м

1, 2 R = H (а, 97%), Me (б, 95%), CH2CH2OEt (в, 98%), CH2CH2CH2OH (г, 97%), CH2CH=CH2 (д, 98%), CH2CH2OCH=CH2 (е, 94%), C(Me)2CH2OCH=CH2 (ж, 99%), C(Et)CH2OCH=CH2 (з, 93%), CH2CH2CH2OCH=CH2 (и, 98%), C6H^ (к, 98%), Ph (л, 91%), CH2Ph (м, 96%).

Схема 1

22 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ ^^^^^^^^^^^^^^

Таблица 1

Подавление роста Enterococcus durans исследуемыми соединениями

Соединение Кони ентрация Enterococcus durans, мкг/мл

40 20 10 4 2 1 0,5

2л + + + + - - -

1л + - - - - - -

2м + + + + + + -

1м + + + + + - -

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Были синтезированы 5-{[2-(винилокси)-этокси]метил}-1,3-оксазолидин-2-оны 2а-м с 12 различными заместителями в 3-положении окса-золидин-2-онового кольца и изучена их активность на широком ряде микроорганизмов.

Результаты эксперимента показали, что ни одно из исследованных соединений не оказывает влияния на P. citreo-viride, E. coli, T. cuta-neum, Str. asterosporus. Это подтверждает литературные данные, согласно которым соединения класса оксазолидин-2-онов не способны подавлять рост грибов, дрожжей и актиномицетов, а также не активны в отношении Enterobac-teriaceae [11].

Поэтому в дальнейших исследованиях мы сосредоточились на грамположительных бактериях. Для получения объективной картины использовались неспорообразующие и спорообра-зующие микроорганизмы.

Оказалось, что бактериостатические свойства проявляются лишь у соединений, содержащих ароматические заместители в N-положении оксазолидин-2-онового кольца. Так, соединение 2л проявляло активность в отношении Enterococcus durans в минимальной концентрации 4 мкг/мл (табл. 1), а в отношении Bacillus subtilis -1-2 мкг/мл (табл. 2).

Исходный же аминоспирт 1л (табл. 1 и 2) не оказывал достоверного влияния на исследуемые микроорганизмы в необходимых для антибиотических веществ концентрациях. Известно, что единственный разрешенный для применения антибиотик такого класса (Линезолид) действует

в диапазоне 0,5-4 мкг/мл [1]. Если для подавления роста микроорганизмов требуется концентрация действующего вещества более 32 мкг/мл, то оно считается неактивным.

Вещество 2м, в структуре которого фениль-ный заместитель отделен от оксазолидин-2-оно-вого кольца метиленовым звеном, проявило очень высокую бактериостатическую активность (минимальная ингибирующая концентрация 0,025-1 мкг/мл в зависимости от вида микроорганизма). Вместе с тем, Брикнер [12] сообщал, что введение метиленового звена между атомом азота оксазолидин-2-онового цикла и фениль-ным заместителем приводит к потере биологической активности. Данный факт заслуживает дальнейшего более детального изучения. Исходное соединение 1м было гораздо менее активно, особенно при подавлении роста Bacillus subtilis (см. табл. 1 и 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, нами получены новые производные класса оксазолидин-2-онов, проявляющие антибактериальные свойства по отношению к грамположительным бактериям. Наиболее активным является 3-бензил-5-{[2-(винилокси)-этокси]метил}-1,3-оксазолидин-2-он 2м; его действующие концентрации сравнимы с таковыми у Линезолида, а для Bacillus subtilis существенно ниже [13]. Это, в сочетании с проявляющейся повышенной токсичностью у ряда оксазолидин-2-онов, позволит снизить количество вводимого вещества и, следовательно, расширить возможности применения синтезированных соединений.

Таблица 2

Подавление роста Bacillus subtilis исследуемыми соединениями

Соединение

40

20

10

Концентрация Bacillus subtilis, мкг/мл

4

2

1

0,5

0,25

0,1

0,05

0,025

0,01

2л 1л 2м 1м

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Благодарность: Работа выполнена с использованием материально-технической базы Байкальского аналитического центра коллективного пользования СО РАН.

Acknowledgement: The study was performed using the equipment of Baikal Analytical Center for collective use SB RAS.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Ефременкова О.В., Белоусов Ю.Б. Лине-золид - первый препарат нового класса антибактериальных средств оксазолидинонов // Качественная клиническая практика. 2002. N 2. С. 2-11.

2. Mishra R.K., Revell K.D., Coates C.M., Tu-ros E., Dickey S., Lim D.V. N-thiolated 2-oxazoli-dinones: a new family of antibacterial agents for methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Bacillus anthracis. Bioorg. // Med. Chem. Lett. 2006. Vol. 16. P. 2081. D0l:10.1016/j.bmcl.2006.01.058

3. Pandit N., Singla R.K., Shrivastava B. Current Updates on Oxazolidinone and Its Significance // International Journal of Medicinal Chemistry Vol. 2012. Article ID 159285. 24 p. DOI: 10.1155/2012/ 159285

4. Thomas R.C., Poel T.-J., Barbachyn M.R., Gordeev M.F., Luehr G.W., Adam R., Singh U. EA007490 N-Aryl-2-oxazolidinone-5-carboxamides and their derivatives and their use as antibacterials. Patent EA, N 007490. 2006.

5. Zappia G., Ingallina C., Ghirga F., Botta B. Oxazolidin-2-ones: Antibacterial Activity and Chemistry // In Antimicrobials; Marinelli F., Genilloud O. New and Old Molecules in the Fight Against Multi-resistant Bacteria. Eds.; Springer: Berlin Heidelberg. 2014. 247 p. DOI: 10.1007/978-3-642-39968-8 13

6. Яковлев С.В. Линезолид - первый препарат нового класса антимикробных средств оксазолидинонов: перспективы лечения грамположи-тельных инфекций // Инфекции и антимикробная терапия. 2001. N 6. С. 169-174.

7. Трофимов Б. А. Гетероатомные произ-

водные ацетилена. М.: Наука, 1981. 38 с.

8. Кухарев Б.Ф., Станкевич В.К., Клименко Г.Р. Виниловые эфиры аминоспиртов и их производные // Успехи химии. 1995. Т. 64, вып. 6. С. 562-579.

9. Lobanova N.A., Sadykov E.Kh., Stankevich. V.K. An efficient access to functionally substituted 1,3-oxazolidin-2-ones via cyclization of 1-alkylamino- and 1 -arylamino-3-[2-(vinyloxy)ethoxy)]propan-2-ols with dimethyl carbonate // Arkivoc. 2015. (v) 319-333. DOI: http://dx.doi.org/10.3998/ark.5550190.p009.200

10. Решедько Г.К., ^ецюк О.У. Особенности определения чувствительности микроорганизмов диско-диффузионным методом // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2001. Т. 3, N 4. С. 348-354.

11. Jones R.N., Johson D.M., Erwin M.E. In vitro antimicrobial activities and spectra of U-100592 and U-100766 two novel fluorinated oxazolidinones // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1996. Vol. 40, N 3. P. 720-726.

12. Brickner S.J. Oxazolidinone antibacterial agents // Current Pharmaceutical Design. 1996. Vol. 2, N 2. P. 175-192.

13. Jones R.N., Stilwell M.G., Hogan P.A., Sheehan D.J. Activity of linezolid against 3,251 strains of uncommonly isolated gram-positive organisms: report from the SENTRY Antimicrobial Surveillance Program // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2007. Vol. 51, N 4. P. 1491-1493. DOI: 10.1128/AAC.01496-06

REFERENCES

1. Efremenkova O.V., Belousov Yu.B. Linezolid is the first drug in a new class of oxazolidinone antibacterial agents. Kachestvennaya klinicheskaya praktika [Good clinical practice]. 2002, no. 2, pp. 2-11. (in Russian)

2. Mishra R.K., Revell K.D., Coates C.M., Tu-ros E., Dickey S., Lim D.V. N-thiolated 2-oxazoli-dinones: a new family of antibacterial agents for methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Bacillus anthracis. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006, vol. 16, pp. 2081. D0I:10.1016/j.bmcl.2006.01.058

3. Pandit N., Singla R.K., Shrivastava B. Current Updates on Oxazolidinone and Its Significance. International Journal of Medicinal Chemistry. 2012, Article ID 159285, 24 p. DOI: 10.1155/2012/159285

4. Thomas R.C., Poel T.-J., Barbachyn M.R., Gordeev M.F., Luehr G.W., Adam R., Singh U. N-Aryl-2-oxazolidinone-5-carboxamides and their derivatives and their use as antibacterials. Patent EA, no. 007490, 2006.

5. Zappia G., Ingallina C., Ghirga F., Botta B. Oxazolidin-2-ones: Antibacterial Activity and Chemistry. In: Antimicrobials; Marinelli F., Genilloud O. New and Old Molecules in the Fight Against Multi-resistant Bacteria. Springer: Berlin, Heidelberg. 2014, 247 p.

DOI: 10.1007/978-3-642-39968-8 13

6. Yakovlev S.V. Linezolid is the first drug in a new class of oxazolidinone antimicrobial agents: prospects for the treatment of grampositive infections. Infektsii i antimikrobnaya terapiya [Infection and antimicrobial therapy]. 2001, no 6, pp. 169-174. (in Russian)

7. Trofimov B.A. Geteroatomnye proizvodnye atsetilena. [Heteroatomic derivatives of acetylene]. Moscow, Nauka Publ., 1981. 38 p.

8. Kukharev B.F., Stankevich V.K., Klimenko G.R. Vinyl ethers of amino alcohols and their derivatives. Uspekhi khimii [Russian Chemical Review]. 1995, vol. 64, no. 6, pp. 562-579. (in Russian)

9. Lobanova N.A., Sadykov E.Kh., Stankevich. V.K. An efficient access to functionally substituted 1,3-oxazolidin-2-ones via cyclization of 1-alkylamino- and 1 -arylamino-3-[2-(vinyloxy)ethoxy)]propan-2-ols with dimethyl carbonate. Arkivoc. 2015. no. 5, pp. 319333. DOI: http://dx.doi.org/10.3998/ ark.5550190. p009.200

10. Reshed'ko G.K., Stetsyuk O.U. Especially determining usticalines microorganisms disco-diffusion method Klinicheskaya mikrobiologiya i antimikrobnaya khimioterapiya [Clinical Microbiology and antimicrobial chemotherapy]. 2001, vol. 3, no. 4, pp.

348-354 (in Russian)

11. Jones R.N., Johson D.M., Erwin M.E. In vitro antimicrobial activities and spectra of U-100592 and U-100766 two novel fluorinated oxazolidinones. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 1996, vol. 40, no. 3, pp. 720-726.

12. Brickner S.J. Oxazolidinone antibacterial agents. Current Pharmaceutical Design. 1996, vol. 2,

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Людмила А. Беловежец

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

К.б.н., м.н.с.

[email protected]

Наталья А. Лобанова

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

К.х.н., н.с.

[email protected]

Евгений Х. Садыков

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

К.х.н., н.с.

[email protected]

Валерий К. Станкевич

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1 Д.х.н., профессор [email protected]

Поступила 24.06.2016

no. 2, pp. 175-192.

13. Jones R.N., Stilwell M.G., Hogan P.A., Sheehan D.J. Activity of linezolid against 3,251 strains of uncommonly isolated gram-positive organisms: report from the SENTRY Antimicrobial Surveillance Program. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2007, vol. 51, no. 4, pp. 1491-1493. D0l:10.1128/AAC.01496-06.

AUTHORS' INDEX Affiliations

Ludmila A. Belovezhets

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia PhD of Biology, Junior Researcher [email protected]

Natal'ya A. Lobanova

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia PhD of Chemistry, Researcher [email protected]

Evgeny Kh. Sadykov

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia PhD of Chemistry, Researcher [email protected]

Valery K. Stankevich

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia Doctor of Chemistry, Professor [email protected]

Received 24.06.2016