CC BY
32
РАЗРАБОТКА УДОБНОЙ ПРОЦЕДУРЫ СИНТЕЗА ЦИКЛИЧЕСКИХ НЕПЕПТИДНЫХ АНАЛОГОВ ИНГИБИТОРА ВИЧ-1 ПРОТЕАЗЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ
А.В. Винюков1, канд. химических наук, науч. сотр. А.С. Стариков2, аспирант, мл. науч. сотр. Институт проблем химической физики РАН 2Институт физиологически активных веществ РАН (Россия, г. Черноголовка)
DOI: 10.24411/2500-1000-2020-10349
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 18-33-00643, №1803-01123 и №18-03-00959.
Аннотация. Разработка методик получения новых физиологически активных веществ является одним из самых важных направлений для современной органической химии. Бис(а-аминоалкил) фосфиновые кислоты симметричного строения, как известно, являются эффективными ингибиторами ВИЧ-1 протеазы, а также промежуточными продуктами для получения ряда непептидных аналогов ингибитора ВИЧ-1 протеазы циклического строения. Ранее нами был описан ряд процедур синтеза N-защищенных бис(а-аминоалкил) фосфиновых кислот путем двойного амидоалкилирования гидрофосфориль-ных соединений. Кроме того, циклизация свободных бис(а-аминоалкил) фосфиновых кислот позволила нам получить ряд непептидных циклических аналогов ингибитора ВИЧ-1 протеазы. Настоящая работа посвящена использованию бис(а-аминоалкил)фосфиновых кислот как «строительные блоки» в комбинации со «структурным имитатором воды» для образования мощных непептидных ингибиторов протеазы ВИЧ. Кроме того, нами был проведен предсказательный анализ полученных веществ на предмет физиологической активности и токсичности.
Ключевые слова: ингибиторы ВИЧ-1 протеазы, амидоалкилирование гидрофосфо-рильных соединений, фосфиновые кислоты, двойное амаидоалкилирование, непептидные аналоги ингибитора ВИЧ-1 протеазы.
На данный момент известно целый ряд известных ингибиторов ВИЧ-1 протеазы (индинавир, саквинавир), используемых при терапии ВИЧ. И все они обладают побочными эффектами и подходят далеко не во всех случаях. Механизм их действия заключается во встраивании в активный участок фермента, препятствуя тем самым расщеплению полипротеина Gag-Pol на отдельные белки и последующему созреванию вирусных частиц, которые становятся не способными заражать новые клетки. Ранее было обнаружено, что фос-
финовые кислотные изостеры гексапепти-дов являются мощными ингибиторами протеазы ВИЧ [1-4].
Существует достаточное количество методов получения симметричных бис(а-аминоалкил)фосфиновых кислот [5-7]. Ранее нами была предложена трехкомпо-нентная процедура амидоалкилирования гипофосфористой кислоты с получением К-защищенных бис(а-
аминоалкил)фосфиновых кислот симметричного строения (рис. 1) [8-9].
OH
H-P-H
O
1 equiv
\ /
2 equiv
O
-R +
, Alk
1.TSA
2. H2O
H2N O
2 equiv
Ac2O
HN
O
RR
O
OO
NH
Alk
Alk
R= Me, Et, i-Pr, i-Bu, sec-Bu, Ph Alk = Me, Et, Bn
Рис. 1. Трехкомпонентное «двойное» амидоалкилирование гипофосфористой кислоты
Кроме того, при использовании в качестве исходного реагента алкилиденби-скарбаматов в двухкомпонентной реакции амидоалкилирования гипофосфористой кислоты с последующей обработкой реак-
ционной смеси соответствющим спиртом, удалось получить Р, К-защищенные бис(а-аминоалкил)фосфиновые кислоты симметричного строения (рис. 2) [9].
OH —p—H O
1 equiv
/
i
Alk
NH
/
-CH \
HN
2 equiv
Alk
Л
1. TSA
2. EtOH
Ac2O
HN
R R
NH
O
OO
Alk
Alk
+
H
+
О
R
R= Me, Et, i-Pr, i-Bu, sec-Bu, Ph Alk = Me, Et, Bn
Рис. 2. Двухкомпонентное «двойное» амидоалкилирование гипофосфористой кислоты
В настоящей работе полученные и описанные ранее метиловые эфиры бис(а-амино)фосфиновых кислот 1 подвергали взаимодействию с карбонилдиимидазолом с получением циклических мочевин 2 I (рис. 3), затем ^алкилировали в присутствии №Н в среде ДМСО II. Далее эфир фосфиновой кислоты расщепляется с помощью НВг в уксусной кислоте с получением свободных кислот 4 III (рис. 3). Для синтеза ^(4-гидроксиметил) бензилзаме-щенных соединений 3 проводили алкили-рование в присутствии 4-(4-метоксифеноксиметил) бензилбромида II. Бензиловый эфир 3 также разрушался при обработке НВг III, поэтому полученный бромид был превращен в соответствующий гидроксид 5 путем обработки СаСОЗ в смеси диоксан/вода IV (рис. 3).
Далее нами был проведено прогнозирование биологической активности полученных циклических аналогов ингибитора ВИЧ-1 протеазы 5 (рис. 3) программой
PASS ("Prediction of Activity Spectra for Substances"), разработанной в Институте биомедицинской химии им. В.Н. Орехови-ча РАМН (табл. 1). Результаты прогноза биологической активности представлены в виде спектра биологической активности, включающих список активностей и вероятностей: Ра - «быть активным», Pi -«быть неактивным. В качестве контрольного вещества выступили бензил-замещенные молекулы (R = CH2Ph), которые были ранее синтезированы, испытаны и показали антивирусную активность. Было обнаружено, что в ряде полученных циклических аналогов ингибитора ВИЧ-1 протеазы у большинства полученных соединений присутствует достаточно большая вероятность проявить ВИЧ-антивирусную активность. Что в свою очередь делает их перспективными для дальнейших исследований их реальной физиологической активности.
Рис. 3. Получение фосфиновых циклических непептидных аналогов ингибиторов ВИЧ-1
протеазы
Таблица 1. Прогнозирование биологической активности полученных циклических аналогов ингибитора ВИЧ-1 протеазы программой PASS
R Pa(Antiviral HIV) Pi(Antiviral HIV)
Bn 0.957 0.002
Me 0.843 0.003
Et 0.838 0.003
i-Pr 0.812 0.003
sec-Bu 0.781 0.003
Ph - -
Вспользование программы GUSAR lationships») дало возможность оценить («General Unrestricted Structure-Activity Re- уровень острой токсичности для крыс
(LD50 мг/кг) полученных соединений. Для оценки острой токсичности для описания структур химических соединений в программе используются дескрипторы многоуровневых атомных окрестностей (MNA -Multilevel Neighborhoods of Atoms) и количественных атомных окрестностей (QNA -Quantitative Neighborhoods of Atoms). В GUSAR для построения моделей используется алгоритм самосогласованной регрессии (SCR). Так как большая часть пер-паратов против ВИЧ принимаются перо-рально, то в качестве критерия будут рас-
сматриваться только пероральная и внутривенная острые токсичности (рис. 4).
Согласно классификации острой токсичности Организации экономического сотрудничества и развития (OECD) все соединения являются малотоксичными (5 и 4 классом токсичности), за исключением контрольного бензил-замещенного, который обладает 3 классом токсичности. Что в свою очередь также указывает на перспективность дальнейших исследований полученных соединений на предмет их непосредственного применения при терапии ВИЧ.
oral, logLD50(mmol/kg)
im
Met
Et
sec-Pr sec-Bu Ph
Bn
oral, logLD50(mmol/kg)
0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8
Рис. 4. Уровени острой токсичности при пероральном введении для крыс (LD50 ммоль/кг)
полученных соединений
ло сделать вывод об перспективности дальнейшего изучения полученных веществ. Данные и результаты, полученные в ходе настоящего исследования, могут быть использованы в изучении и терапии ВИЧ.
Таким образом, важным результатом данного является получение ряда новых ранее неописанных фосфиновых соединений циклической структуры, являющихся структурными аналогами ингибитора ВИЧ-1 протеазы. Кроме того, моделирование физиологической активности позволи-
Библиографический список
1. D. Grobelny, E.M. Wondrak, R.E. Galardy, S. Oroszlan, B&hem. Biophys. Res. Commun. 169 (1990) 1111.
2. K.-H. Budt, A. Peyman, EP 0435059,1990; K.-H. Budt, J. Knolle, C. Meichsner. D. Rup-pert, B. Stowasser, I. Winkler, A. Paessens, J. Hansen, EP 0428849A2 1990.
3. J. Erickson, D.J. Neidhart, J. VanDrie, D.J. Kempf. X.C. Wang, D.W. Norbeck, J.J. Plattner, J.W. Rittenhouse, M. Turon, N. Wideburg, W. E. Kohlbrenner, R. Simmer, R. Helfrich, D A. Paul Knigge, Science 249 (1990) 527.
4. D.J. Kempf, D.W. Norbeck, L. Codacovi, X.C. Wang, W.E. Kohlbrenner, N.E. Wideburg, D.A. Paul, M.F. Knigge, S. Vasavonda, A. Craig-Kennard, A. Saldivar, W. Rosenbxocok Jr., J.J.
Peyman, A. C2-symmetric phosphinic acid inhibitors of HIV protease / A. Peyman, K.-H. Budt, J. Spanig, B.Stowasser, D. Ruppert // Tetrahedron Lett. - 1992, -33, - 4549.
5. Maier, L. Organic phosphorus compounds: LXXI. Preparation, properties, and structure of bis(aminomethyl)phosphinic acid, (H2NCH2)2P(O)OH / L. Maier // Journal of Organometallic Chemistry. -1979, -V. 178, -P. 157-169.
6. Peyman, A. Inhibition of human immunodeficiency virus-1 protease by a C2-symmetrical phosphinic acid amide / A. Peyman, K. Wagner, K-H. Budt, J. Spanig, D. Ruppert, C. Meichs-ner, A. Paessens // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 1994, - 4, - 1191.
7. Tyka, R. Synthese symmetrischer und asymmetrischer a,a'-bis(aminoalkyl)phosphinsauren des typs NH2CHR1(NH2CHR2)P(O)OH(R1 = Ph; R2 = Ph, Me) / R. Tyka, G. Hagales, R. Boetzel // Phosphorus, Sulfur, and Silicon. -1991. -Vol. 62. -Р.75-81.
8. Vinyukov A.V. An efficient one-pot synthesis of bis(a-aminoalkyl)phosphinic acids, phos-phorus-isosteric analogues of HIV protease inhibitors / A.V. Vinyukov, A.V. Borodachev, A.S. Starikov, A.V. Afanasyev, M.E. Dmitriev, B.V. Lednev, V.V. Ragulin // Mendeleev Commun. -2018, -V.28, -P. 1-2.
9. Винюков А.В. Получение непептидных аналогов ингибитора вич-1 протеазы и моделирование их физиологической активности / А.В. Винюков, А.С. Стариков // Химия, физика, биология, математика: теоретические и прикладные исследования: сб. ст. по материалам XXXIII Международной научно-практической конференции «Химия, физика, биология, математика: теоретические и прикладные исследования». - № 2 (23). - М., Изд. «Интернаука», 2020.
DEVELOPMENT OF A CONVENIENT PROCEDURE FOR THE SYNTHESIS OF CYCLIC NON-PEPTIDE ANALOGUES OF THE HIV-1 PROTEASE INHIBITOR
AND MODELING THEIR PROPERTIES
A.V. Vinyukov1, Candidate of Chemical Sciences, Research Associate A.S. Starikov , Graduate Student, Junior Researcher
1Institute of Problems of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences 2Institute of Physiologically Active Substances of the Russian Academy of Sciences (Russia, Chernogolovka)
Abstract. The development of methods for obtaining new physiologically active substances is one of the most important areas for modern organic chemistry. Bis (a-aminoalkyl) phosphinic acids of the symmetric structure are known to be effective HIV-1 protease inhibitors, as well as intermediate products for the preparation of some non-peptide analogs of the HIV-1 protease inhibitor of the cyclic structure. We previously described a series ofprocedures for the synthesis of N-protected bis (a-aminoalkyl) phosphinic acids by double amino alkylation of hydrophosphoryl compounds. Also, the cyclization of free bis (a-aminoalkyl) phosphinic acids allowed us to obtain several non-peptide cyclic analogs of the HIV-1 protease inhibitor. The present work is devoted to the use of bis (a-aminoalkyl) phosphinic acids as "building blocks" in combination with a "structural water mimic" for the formation ofpotent non-peptide HIV protease inhibitors. Also, we conducted a predictive analysis of the obtained substances for physiological activity and toxicity.
Keywords: inhibitors of HIV-1 protease, amidoalkylation of hydrophosphoryl compounds, phosphinic acid, double amidoalkylation, non-neptide-based inhibitors of human immunodeficiency virus-lprotease.
