Способ отбора противовоспалительных средств в ряду производных антраниловой кислоты с использованием расчетных констант липофильности и ионизации
Владельцы патента RU 2717247:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермская государственная фармацевтическая академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ПГФА) (RU)
Изобретение относится к фармакологии и может быть использовано для отбора противовоспалительных средств. Для этого в рядах производных антраниловой кислоты: 1) N-замещенные антраниловые кислоты; 2) замещенные амиды и гидразиды N-ароилантраниловых кислот; 3) замещенные амиды и гидразиды N-ацилантраниловых кислот; 4) ариламиды N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот; 5) замещенные амиды и гидразиды N-арилантраниловых кислот; 6) замещенные амиды и гидразиды N-алкил(алкенил)антраниловых кислот, имеющих общий фрагмент: карбонил-фенильный радикал - вторичная, третичная аминогруппа или NH-ацильный фрагмент, определяют константы ионизации и липофильности. После чего рассчитывают противовоспалительное действие (ПВДрассч.) и отбирают соединения, вызывающие торможение каррагенинового отека. Изобретение обеспечивает отбор противовоспалительных средств в рядах производных антраниловой кислоты. 13 табл.
Изобретение относится к биологии и медицине и касается способа поиска новых противовоспалительных средств, молекулы которых содержат общий фрагмент: карбонил - фенильный радикал - вторичная, третичная аминогруппа или NH-ацильный фрагмент.
Известен способ отбора противовоспалительных средств из химических соединений, содержащих общий фармакофорный фрагмент: карбонил - фенильный радикал - вторичная или третичная аминогруппа, в котором все вещества разделены на четыре ряда: NH-замещенные антраниловые кислоты, ариламиды и гидразиды NH-алкенилантраниловых кислот, ариламиды N-ацетил-N-алкенилантраниловых кислот и аллиламиды NH-ацилантраниловых кислот [1]. Данный способ взят за прототип. Этот способ позволяет определить уровень противовоспалительной активности (ПВА) на модели «каррагенинового отека» лапы крыс с помощью уравнений многопараметровой регрессии (четырех- и пятипараметровых).
Патентуемый способ заключается в возможности прогнозировать уровень противовоспалительного действия (ПВД) на модели «каррагенинового отека», путем теоретического расчета ПВД (ПВДрассч.) с помощью многопараметровых (трехпараметровых и двухпараметровых) уравнений зависимости ПВД от констант ионизации и липофильности. Для достижения результата необходимо выполнить следующие действия: производные антраниловой кислоты (81 соединение), разделить на шесть рядов: 1) N-замещенные антраниловые кислоты; 2) замещенные амиды и гидразиды N-ароилантраниловых кислот; 3) замещенные амиды и гидразиды N-ацилантраниловых кислот; 4) ариламиды N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот; 5) замещенные амиды и гидразиды N-арилантраниловых кислот; 6) замещенные амиды и гидразиды N-алкил(алкенил)антраниловых кислот; для данных соединений определить ПВД на модели «каррагенинового отека» на крысах, теоретически рассчитать константы ионизации и липофильности для каждого соединения, затем составить уравнения регрессии, по которым определить теоретический уровень ПВД и сравнить полученные данные с экспериментально найденным уровнем (ПВДэксп.), определенным на лабораторных животных. Затем путем моделирования расширить ряд химических соединений, определить константы ионизации и липофильности этих молекул и рассчитать уровень ПВДрассч. по уравнениям регрессии (1-6) (табл. 13) и отобрать соединения, которые относятся к классу биологически активных соединений, торможение отека превышает 30%.
Предлагаемая в способе последовательность действий и операций над химическими соединениями и лабораторными животными, наряду с расчетными формулами, характеризующими взаимосвязь между противовоспалительной активностью и теоретически рассчитанными константами ионизации и липофильности, позволяет получить технический результат - способ прогнозной оценки уровня ПВД, который заключается в сокращении затрат на экспериментальное исследование констант ионизации и липофильности, характеризующие способность к проявлению избирательности действия биологически активных веществ и влияние на адсорбцию на поверхности рецепторов, а также на синтез и испытание биологической активности новых химических соединений.
Все исследуемые 81 соединение обладают различным уровнем противовоспалительного действия экспериментального (ПВДэксп.) (среди которых встречаются и запатентованные), разделены на шесть рядов:
1) N-замещенные антраниловые кислоты (табл. 1 и 2);
2) замещенные амиды и гидразиды N-ароилантраниловых кислот (табл. 3 и 4);
3) замещенные амиды и гидразиды N-ацилантраниловых кислот (табл. 5 и 6);
4) ариламиды N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот (табл. 7 и 8);
5) замещенные амиды и гидразиды N-арилантраниловых кислот (табл. 9 и 10);
6) замещенные амиды и гидразиды N-алкил(алкенил)антраниловых кислот (табл. 11 и 12).
Для всех соединений было определено ПВД на беспородных белых крысах массой 180-220 г на модели «каррагенинового отека» лапы. Исследуемые соединения в дозе 50 мг/кг вводили внутрибрюшинно в виде взвеси в 2% крахмальной слизи за 1 ч до введения каррагенина. Величину воспалительной реакции оценивали онкометрически по изменению объема воспаленной конечности через 4 ч после введения 0,1 мл 1% водного раствора каррагенина [5].
С целью поиска новых биологически активных соединений предварительно проводится расчет параметров электронной структуры для каждого химического соединения с использованием метода РМ-3 (Parametrison-3) с полной оптимизацией геометрии молекул с использованием программы GAUSSIAN-2003. Рассчитывались следующие параметры: суммарные значения напряженности электрического поля ∑(Е), потенциала ∑(ϕ) и абсолютной величины заряда ∑(|q|) на атомах кислорода, азота и углерода. Полученные квантово-химические параметры использовались для расчета констант ионизации (рКарассч. и рКврассч.) и констант липофильности [(logPрассч. (N-арил) и logPрассч.(N-алкил)] по уравнениям:
1.
2.
3.
4.
На основе полученных данных составляют уравнения многопараметровой регрессии для 81 соединения, и далее по уравнениям находят ПВДрассч. на основе каждого из полученных уравнений.
Рассчитаны теоретические значения констант ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) по уравнениям 1-4. По данным параметрам были составлены двух- и трехпараметровые уравнения (табл. 13). На основе составленных уравнений проведен теоретический расчет ПВД (ПВДрассч.), который приведен в таблицах 1-12.
N-Замещенные антраниловые кислоты
Для 21 соединения из ряда N-замещенных антраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 1).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено трехпараметровое уравнение 1 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности, основности и липофильности, имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=-169,288-5,704×logPрассч.-2,062×рKарассч.+17,204×рКврассч. (R=0,846, F=14,33, S=7,63, Q2LOO=0,61).
Пример 1. Уравнение 1 апробировано для теоретического расчета ПВД на примерах соединений 22 и 23 из ряда N-замещенных антраниловых кислот (табл. 2). Предварительно проведен расчет констант ионизации и липофильности и на их основе было определено ПВДрассч., результат прогноза был подтвержден экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для 12 соединений, показал, что два соединения 22 и 23 будут проявлять выраженное ПВД 54,32% и 65,38%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 22 и 23 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 2) и составляет 61,2% и 58,70%, соответственно. Таким образом, уравнение 1 используется для прогнозирования ПВД в ряду N-замещенных антраниловых кислот.
Замещенные амиды и гидразиды N-ароилантраниловых кислот
Для 13 соединений из ряда замещенных амидов и гидразидов N-ароилантраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 3).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено двухпараметровое уравнение 2 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности и липофильности, имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=130,866-3,769×logPрассч.-9,274×рKарассч. (R=0,823, F=10,52, S=7,04, Q2LOO=0,55).
Пример 2. Уравнение 2 апробировано для теоретического расчета ПВД на трех примерах соединений 14, 15 и 16 из ряда замещенных амидов и гидразидов N-ароилантраниловых кислот (табл. 4). Вначале были проведены расчеты констант ионизации и липофильности и на их основе было рассчитано ПВДрассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для 11 соединений, показал, что три соединения 14, 15 и 16 будут проявлять выраженное ПВД 60,08%, 54,34% и 61,78%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 14, 15 и 16 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 4) и составляет 55,50%, 51,85% и 65,65%, соответственно. Таким образом, уравнение 2 используется для прогнозирования ПВД в ряду замещенных амидов и гидразидов N-ароилантраниловых кислот.
Замещенные амиды и гидразиды N-ацилантраниловых кислот
Для 14 соединений из ряда замещенных амидов и гидразидов N-ацилантраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 5).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено трехпараметровое уравнение 3 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности, основности и липофильности имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=-252,355+16,509×logPрассч.+7,524×рKарассч.+16,863×рКврассч. (R=0,895, F=13,50, S=7,20, Q2LOO=0,58).
Пример 3. Уравнение 3 апробировано для теоретического расчета ПВД на трех примерах соединений 15, 16 и 17 из ряда замещенных амидов и гидразидов N-ацилантраниловых кислот (табл. 6). Вначале были проведены расчеты констант ионизации и липофильности и на их основе было рассчитано ПВДрассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для 14 соединений, показал, что три соединения 15, 16 и 17 будут проявлять выраженное ПВД 59,70%, 39,77% и 52,49%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 15, 16 и 17 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 6) и составляет 69,60%, 53,40% и 39,85%, соответственно. Таким образом, уравнение 3 используется для прогнозирования ПВД в ряду замещенных амидов и гидразидов N-ацилантраниловых кислот.
Ариламиды N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот
Для 12 соединений из ряда ариламидов N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 7).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено трехпараметровое уравнение 4 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности, основности и липофильности имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=186,759-9,695×logРрассч.+6,592×рKарассч.-13,670×рКврассч. (R=0,917, F=9,53, S=11,21, Q2LOO=0,70).
Пример 4. Уравнение 4 апробировано для теоретического расчета ПВД на двух примерах, соединениях 13 и 14 из ряда ариламидов N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот (табл. 8). Вначале были проведены расчеты констант ионизации и липофильности и на их основе было рассчитано ПВДрассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для 6 соединений, показал, что два соединения 13 и 14 будут проявлять выраженное ПВД 48,55% и 39,37%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 13 и 15 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 8) и составляет 42,40% и 46,30%, соответственно. Таким образом, уравнение 4 используется для прогнозирования ПВД в ряду ариламидов N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот.
Замещенные амиды и гидразиды N-арилантраниловых кислот
Для 8 соединений из ряда замещенных амидов и гидразидов N-арилантраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 9).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено двухпараметровое уравнение 5 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности и липофильности имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=242,981-35,052×logPрассч.-10,099×рKарассч. (R=0,880, F=8,66, S=13,77. Q2LOO=0,51).
Пример 5. Уравнение 5 апробировано для теоретического расчета ПВД на двух примерах, соединениях 9 и 10 из ряда замещенных амидов и гидразидов N-арилантраниловых кислот (табл. 10). Вначале были проведены расчеты констант ионизации и липофильности и на их основе было рассчитано ПВДрассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для двух соединений показал, что соединения 9 и 10 будут проявлять выраженное ПВД 55,43% и 42,78%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 9 и 10 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 10) и составляет 57,10% и 42,80%, соответственно. Таким образом, уравнение 5 используется для прогнозирования ПВД в ряду замещенных амидов и гидразидов N-арилантраниловых кислот.
Замещенные амиды и гидразиды N-алкил(алкенил)антраниловых кислот
Для 13 соединений из ряда замещенных амидов и гидразидов N-алкил(алкенил)антраниловых кислот была определена ПВДэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPрассч.) (табл. 11).
Затем методом пошагового включения параметров с использованием программы Statistica 6, было составлено трехпараметровое уравнение 6 (табл. 13). Установлено, что уравнение зависимости экспериментально определенного ПВД от таких параметров как константы кислотности, основности и липофильности имеет наибольшие значения коэффициента корреляции (R), критерия Фишера (F) и критерия оценки методом перекрестного контроля исключением по одному (Q2LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):
ПВДрассч.=234,503+7,738×logPрассч.+0,495×рKарассч.-18,304×рКврассч. (R=0,886, F=10,97, S=8,43, Q2LOO=0,59).
Пример 6. Уравнение 6 апробировано для теоретического расчета ПВД на трех примерах, соединениях 14, 15 и 16 из ряда замещенных амидов и гидразидов N-алкил(алкенил)антраниловых кислот (табл. 12). Вначале были проведены расчеты констант ионизации и липофильности и на их основе было рассчитано ПВДрассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВДэксп..
Расчет прогнозируемого ПВД (ПВДрассч.) для 6 соединений, показал, что три соединения 14, 15 и 16 будут проявлять выраженное ПВД 38,49%, 43,66% и 47,73%, соответственно. Эксперимент показал, что соединения 14, 15 и 16 обладают выраженным ПВД, которое входит в доверительный интервал (табл. 12) и составляет 54,10%, 53,60% и 38,80%, соответственно. Таким образом, уравнение 6 используется для прогнозирования ПВД в ряду замещенных амидов и гидразидов N-алкил(алкенил)антраниловых кислот.
Предлагаемый способ экономически выгоден и прост, так как позволяет по структурной формуле рассчитать константы ионизации и липофильности и с достаточно высокой достоверностью спрогнозировать уровень ПВД (по R 0,823÷0,917, F 8,66÷14,33, S 7,04÷13,77 и по методу перекрестной проверки исключением по одному (Q2LOO) 0,51÷0,70). Способ разработан на примере от 8 до 21 соединения в каждом ряду.
Литература
1. Патент 2242754. Рос. Федерация. Способ отбора противовоспалительных средств / Коркодинова Л.М., Вахрин М.И., Данилов Ю.Л., Фешин В.П., Марданова Л.Г. №2003115080; заявл. 20.05.2003; опубл. 20.11.2004.
2. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М.. Квантово-химические параметры в исследовании зависимости структура - ионизация N-замещенных моно(ди)галоген(н)антраниловых кислот, их амидов и гидразидов. // Химико-фармацевтический журнал. Т. 50., №3. С. 23-27 (2016).
3. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М.. Прогнозирование коэффициента распределения октанол - вода производных N-арилзамещенных антраниловых кислот. // Химико-фармацевтический журнал. Т. 47., №12. С. 38-41 (2013).
4. Андрюков К.В., Коркодинова Л.М., Данилов Ю.Л., и др. Зависимость константы распределения в системе октанол - вода от структурных параметров N-алкилзамещенных производных антраниловой кислоты, рассчитанных полуэмпирическими методами. // Фундаментальные исследования. №7 (часть 2). С. 437-440 (2012).
5. Тринус Ф.П., Клебанов Б.М., Кондратюк В.И. Методические рекомендации по экспериментальному (доклиническому) изучению нестероидных противовоспалительных фармакологических веществ. М., Минздрав СССР, с. 16 (1983).
Способ отбора противовоспалительных средств, отличающийся тем, что позволяет осуществлять поиск биологически активных веществ с противовоспалительным действием в рядах производных антраниловой кислоты: N-замещенные антраниловые кислоты (1); замещенные амиды и гидразиды N-ароилантраниловых кислот (2); замещенные амиды и гидразиды N-ацилантраниловых кислот (3); ариламиды N-ацил-N-алкенилантраниловых кислот (4); замещенные амиды и гидразиды N-арилантраниловых кислот (5); замещенные амиды и гидразиды N-алкил(алкенил)антраниловых кислот (6), имеющих общий фрагмент: карбонил - фенильный радикал - вторичная, третичная аминогруппа или NH-ацильный фрагмент, у которых рассчитывают константы ионизации (рKарассч. и рКврассч.) и липофильности (logPpaccч.), затем с помощью двух- и трехпараметровых уравнений следующих видов:
1 ряд: ПВДрассч.= -169,288 - 5,704 × logPpacсч. - 2,062 × рKарассч. + 17,204× рКврассч. (R=0,846, F=14,33, S=7,63, Q2LOO = 0,61);
2 ряд: ПВДрассч.=130,866 - 3,769 × logPpaccч. - 9,274 × рKарассч. (R=0,823, F=10,52, S=7,04, Q2LOO = 0,55);
3 ряд: ПВДрассч.= -252,355 + 16,509 × logPpaccч. + 7,524 × рKарассч. + 16,863× рКврассч. (R=0,895, F=13,50, S=7,20, Q2LOO = 0,58);
4 ряд: ПВДрассч. = 186,759 - 9,695 × logPpaссч. + 6,592 × рKарассч. - 13,670× рКврассч. (R=0,917, F=9,53, S=11,21, Q2LOO = 0,70);
5 ряд: ПВДрассч. = 242,981 - 35,052 × logPpaccч. - 10,099 × рKарассч. (R=0,880, F=8,66, S=13,77. Q2LOO = 0,51);
6 ряд: ПВДрассч. = 234,503 + 7,738 × logPpaccч. + 0,495 × рKарассч. - 18,304× рКврассч. (R=0,886, F=10,97, S=8,43, Q2LOO = 0,59);
рассчитывают противовоспалительное действие (ПВДрассч.) и отбирают противовоспалительные соединения, которые могут вызывать торможение каррагенинового отека более чем на 30%.