1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах
  4. T. 500, № 1, 2021

Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах , 2021, T. 500, № 1, стр. 18-21

Исследование антиоксидантной активности новых соединений с 1,3-тиазин-2-дионовым и пирролидиновым фрагментами

В. П. Осипова 1, *, М. А. Половинкина 1, М. Н. Коляда 1, А. Д. Осипова 2, Н. Т. Берберова 2, А. В. Великородов 3

1 Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук
344006 Ростов-на-Дону, Россия

2 Астраханский государственный технический университет
414056 Астрахань, Россия

3 Астраханский государственный университет
414056 Астрахань, Россия

* E-mail: osipova_vp@mail.ru

Поступила в редакцию 16.07.2021
После доработки 27.09.2021
Принята к публикации 20.10.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

В модельной системе аутоокисления адреналина в щелочной среде, в ДФПГ-, НСТ-, CUPRAC-тестах исследована антиоксидантная активность новых соединений с 1,3-тиазин-2-дионовым и пирролидиновым фрагментами в сравнении с 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенолом. В ряду исследуемых соединений выявлен лидер, обладающий умеренной антирадикальной активностью в отношении ДФПГ-радикала, препятствующий накоплению токсичных продуктов хиноидного окисления адреналина и являющийся более эффективным одноэлектронным Cu2+-восстанавливающим агентом, по сравнению с известными антиоксидантами – тролоксом и 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенолом.

Ключевые слова: 1,3-тиазин-2-дионовый фрагмент, пирролидин, ДФПГ-тест, CUPRAC-тест, НСТ-тест, антиоксидантная активность, адреналин, ксантиноксидаза, супероксид анион-радикал

Многофакторная природа различных патологий, сопряженных с развитием окислительного стресса, обусловливает актуальность целенаправленного поиска новых эффективных полифункциональных терапевтических препаратов, в том числе ингибиторов окислительных процессов [1–3]. Перспективным классом терапевтических средств с антиоксидантной активностью являются азот-, серосодержащие гетероциклы, в том числе производные 1,3-тиазина [4–6], а также пирролидина [7–9], который в последнее время рассматривается в качестве универсального каркаса для создания новых биологически активных соединений. Среди производных данных гетероциклов выявлены соединения, обладающие широким спектром биоактивности, в том числе антиоксидантным действием.

Сочетание в структуре молекулы нескольких фармакофорных фрагментов, обладающих различным механизмом антиоксидантного действия, увеличивает вероятность возникновения внутримолекулярного синергического эффекта их антиокислительной активности. В качестве таких фармакофоров могут рассматриваться производные гидразинкарбоксамида, карбаматов. Ранее было установлено, что присутствие в структуре соединения гидразинкарбоксамидной группы в сочетании с другими фармакофорами наряду с антиоксидантной активностью обеспечивает проявление соединениями и других видов активности (антиглекирующей, антибактериальной, противосудорожной, противотуберкулезной, противоопухолевой) [10–12]. Выявление антиоксидантных свойств карбаматов, обладающих ингибирующей активностью в отношении таких ферментов, как холинэстеразы и моноаминоксидазы, важно с точки зрения создания мультитаргетных препаратов, действующих одновременно на несколько молекулярных мишеней, участвующих в патогенезе многих нейродегенеративных заболеваний [13, 14].

В связи с этим в работе изучена антиоксидантная активность новых гетероциклических соединений 1–3 (рис. 1) в сравнении с активностью известного синтетического пространственно-затрудненного фенольного антиоксиданта 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенола (4) (Sigma-Aldrich).

Рис. 1.

Структурные формулы соединений: 1 – 5-ацетил-4-гидрокси-2Н-1,3-тиазин-2,6(3Н)-дион, 2 – 2-[(E)-1-(4-гидрокси-2,6-диоксо-3,6-дигидро-2Н-1,3-тиазин-5-ил)этилиден]-1-гидразинкарбоксамид, 3 – метил-N-(4-{4-[4-(2-тиенил)-1-метилтетрагидро-1Н-пиррол-3-ил]карбонил}фенил)карбамат, 4 – 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенол.

Соединение 1 получено конденсацией малоновой кислоты, тиоцианата калия и уксусного ангидрида в ледяной уксусной кислоте по методике, приведенной в работе [15]. Синтез соединения 3 осуществлен трехкомпонентной конденсацией соответствующего халкона с саркозином и параформом при кипячении в толуоле в течение четырех часов [16].

Cоединение 2 синтезировано нагреванием смеси 0.374 г (2 ммоль) 5-ацетил-4-гидрокси-2Н-1,3-тиазин-2,6(3Н)-диона (1) и 0.23 г (2 ммоль) гидрохлорида семикарбазида в 10 мл этанола в течение 5 ч. После охлаждения выпавший осадок отфильтровали, высушили на воздухе и перекристаллизовали из диоксана. Выход продукта в виде бесцветных кристаллов составил 0.52 г (97%), т. пл. 249−252°С. ИК (ν, см–1): 3100−3500 (NH, OH), 1712, 1700 (C=O), 1648 (С=N). 1Н ЯМР (δ, м. д.): 1.96 с (3Н, СН3), 6.74 c (2H, NH2),10.48 с [1Н, NH(CO)], 11.52 c (1Н, NH тиазина), 12.59 с (1Н, ОН). 13С ЯМР (δ, м. д.): 19.2 (СН3), 98.5 (C5), 161.4 (СONH2), 163.6 (С6), 167.4 (С4), 173.7 (С2), 179.8 (C=N). Найдено, %: С 32.20; Н 3.16; N 22.63. Вычислено для C7H8N4O4S, %: С 32.42; Н 3.30; N 22.94.

Антирадикальная активность соединений 1–4 определена in vitro спектральным методом в различных модельных системах: в отношении 2,2-дифенил-1-пикрилгидразильного радикала (ДФПГ-тест) [17], в отношении супероксид анион-радикала (${\text{O}}_{2}^{{\centerdot \, - }}$), генерированного в ферментативной системе ксантин/ксантиноксидаза (НСТ-тест) [18], в системе неферментативного окисления адреналина (1-(3,4-диоксифенил)-2-метиламиноэтанол) до адренохрома в щелочной среде [19]. В данных тестовых системах рассчитана эффективность действия (ЭД) исследуемых соединений по формуле:

${\text{ЭД}}\;(\% ) = [(1--\Delta {{D}_{i}}{\text{/}}\Delta {{D}_{0}}) \times 100\% ],$
где ∆Di – изменение оптической плотности в присутствии исследуемого соединения, ∆D0 – изменение оптической плотности в контрольном образце (без добавок соединений). Положительное значение показателя ЭД свидетельствует о проявлении тестируемым веществом антиоксидантной активности, а отрицательное – о прооксидантной.

Восстанавливающая способность соединений 1–4 определена также в реакции переноса электрона на Cu2+ (CUPRAC-тест) [20] и рассчитана в эквивалентах тролокса (ТЕАС, trolox equivalent antioxidant capacity). Активность тролокса – водорастворимого аналога токоферола – принимается за единицу, а значение параметра ТЕАС > 1 свидетельствует о большей восстановительной активности тестируемого соединения по сравнению с тролоксом.

Известно, что ДФПГ-тест широко используется для установления антирадикальной активности потенциальных антиоксидантов. Изучение способности соединений взаимодействовать со стабильным N-центрированным хромоген-радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом показывает, что все соединения, кроме 3, проявляют антирадикальную активность, взаимодействуя с ДФПГ-радикалом (табл. 1). Реакция производных 1,3-тиазина с ДФПГ-радикалом протекает по механизму гомолитического отрыва атома водорода от гидроксильной группы фенола.

Таблица 1.

Антиоксидантная активность соединений 1–4

Соединение Эффективность действия (ЭД), (%) TEACCUPRACб
ДФПГ-теста НСТ-теста система аутоокисления адреналинаб
1 7.17 ± 0.02 –63.60 ± 0.11 –12.5 ± 0.01 0.06 ± 0.01
2 40.92 ± 0.05 неактивно 61.1 ± 0.02 1.57 ± 0.09
3 –0.90 ± 0.04 –80.32 ± 0.15 31.3 ± 0.03 неактивно
4 90.40 ± 0.25 45.70 ± 0.07 43.1 ± 0.06 0.74 ± 0.04

Концентрация соединений в тестовой системе: а 100 мкМ; б 25 мкМ.

Среди исследуемых гетероциклических соединений наибольшую антирадикальную активность проявляет соединение 2, что, предположительно, объясняется возможностью образования более стабильного интермедиата в результате сопряжения в тиазиновом кольце, стабилизацией заряда атомом серы, а также присутствием в данном соединении гидразинкарбоксамидной группировки, обладающей антиоксидантной активностью. При этом активность соединения 2 в данной модельной системе в 2 раза ниже активности 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенола 4.

Изучение восстанавливающей активности соединений 1–4 показало, что 1,3-тиазин производное соединения 2 является более активным восстанавливающим агентом, по сравнению с тролоксом, в 1.57 раза, а соединения 1 и 3 не восстанавливают Сu2+ в данной модельной системе. Необходимо отметить, что протекание реакции восстановления Cu2+ антиоксидантами в реальной биосистеме может обусловливать их прооксидантную активность [21].

Изучение антирадикальной активности соединений 1–4 в отношении ${\text{O}}_{2}^{{\centerdot \, - }}$, образующегося в ферментативной системе ксантин/ксантиноксидаза (НСT-тест), показало, что, в отличие от меркаптофенола 4, соединение 2 не проявляет активность в отношении данной активной формы кислорода (АФК), а для соединений 1 и 3 установлено промотирование восстановления супероксидом нитросинего тетразолия до формазана, по сравнению с контрольным экспериментом. Супероксид-перехватывающая активность соединения 4 обусловлена возможностью окисления HО- и HS-групп анион-радикалом ${\text{O}}_{2}^{{\centerdot \, - }}$ с образованием стабильных ароксильных и тиильных радикалов [22, 23]. Следует заметить, что промотирующее влияние соединений 1 и 3 на восстановление нитросинего тетразолия может быть связано с их способностью повышать активность фермента ксантиноксидазы [24].

В модельной системе аутоокисления адреналина в щелочной среде зафиксирована антиоксидантная активность всех соединений за исключением 1, в присутствии которого промотируется накопление адренохрома. При этом ингибирующая активность соединения 2 значительно превышает активность антиоксиданта 4. Учитывая тот факт, что при окислении адреналина в щелочной среде, кроме ${\text{O}}_{2}^{{\centerdot \, - }}$ и пероксида водорода, образуются и другие АФК: анион-радикалы диоксида углерода и бикарбонатные анион-радикалы [25, 26], выявленная ингибирующая активность соединений в данной системе свидетельствует об их брутто-ингибирующей активности в отношении указанных радикалов.

Таким образом, проведенное исследование антиоксидантной активности новых гетероциклических соединений 1−3 позволило выявить соединение-лидер 2, активность которого превысила активность реперного антиоксиданта в модельных системах аутоокисления адреналина и в CUPRAC-тесте. Данное производное 1,3-триазина обладает умеренной антирадикальной активностью в отношении ДФПГ-радикала, препятствует накоплению токсичных продуктов хиноидного окисления адреналина, является более эффективным одноэлектронным восстанавливающим агентом по сравнению с известными антиоксидантами – тролоксом и 2,6-ди-трет-бутил-4-меркаптофенолом. Для создания на основе соединения 2 новых эффективных и безопасных мультитаргетных препаратов для терапии заболеваний, имеющих многофакторную природу, необходимы дальнейшие исследования активности данного соединения.

Список литературы

  1. Li W., Yang X., Song Q., Cao Z., Shi Y., Deng Y., Zhang L. // Bioorg. Chem. 2020. V. 97. P. 103107. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2020.103707

  2. Unzeta M., Esteban G., Bolea I., Fogel W.A., Ramsay R.R., Youdim M.B.H., Tipton K.F., Marco-Contelles J. // Front. Neurosci. 2016. V. 10. № 1. Article 205. https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00205

  3. Bawa P., Pradeep P., Kumar P., Choonara Y.E., Modi G., Pillay V. // Drug Discov. Today. 2016. V. 21. № 12. P. 1886–1914. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2016.08.001

  4. Alshamarri M.B., Mohamed A.H., Aly A.A., Bakht M.A., El-Sheref E.M. // J. Sulfur Chem. 2021. V. 42. № 3. P. 346–357. https://doi.org/10.1080/17415993.2021.1887190

  5. Ramos Rodríguez O.A., Magaña Vergara N.E., Mojica Sánchez J.P., Sumaya Martínez M.T., Sandoval Z.G., Cruz A., Organillo Á.R. // J. Mol. Struct. 2020. V. 1199. P. 127036. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.127036

  6. Bedum S., Bedum A., Sujatha D., Bharathi K. // Saudi J. Med. Pharm. Sci. 2016. V. 1–2. P. 326–338. https://doi.org/10.21276/sjmps.2016.2.12.2

  7. Petri G.L., Raimondi M.V., Spanò V., Holl R., Barraja P., Montalbano A. // Top. Curr. Chem. 2021. V. 379. P. 34. https://doi.org/10.1007/s41061-021-00347-5

  8. Bhat C., Tilve S.G. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 5405–5452. https://doi.org/10.1039/C3RA44193H

  9. Osipova V.P., Berberova N.T., Gazzaeva R.A., Kudryavtsev K.V. // Cryobiology 2016. V. 72. P. 112–118. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2016.02.006

  10. Beraldo H., Gambino D. // Mini-Rev. Med. Chem. 2004. V. 4. № 1. P. 31–39. https://doi.org/10.2174/1389557043487484

  11. Arshia Fayyaz S., Shaikh M., Khan K.M., Choudha-ry M. I. // J. Biomol. Struct. Dyn. 2021. https://doi.org/10.1080/07391102.2021.1897045

  12. Qazi S.U., Naz A., Hameed A., Osra F.A., Jalil S., Iqbal J., Shah S.A.A., Mirza A.Z. // Bioorg. Chem. 2021. V. 115. 105209. https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2021.105209

  13. Kurt B.Z., Gazioglu I., Kandas N.O., Sonmez F. // ChemistrySelect. 2018. V. 3. P. 3978–3983. https://doi.org/10.1002/slct.201800142

  14. Yanovsky I., Finkin-Groner E., Zaikin A., Lerman L, Shalom H., Zeeli Sh., Weill T., Ginsburg I., Nudelman A., Weinstock M. // J. Med. Chem. 2012. V. 55. № 23. P. 10700–10715. https://doi.org/10.1021/jm301411g

  15. Yuskovets V.N., Moskvin A.V., Mikhailov L.E., Ivin B.A. // Russ. J. Gen. Chem. 2005. 75. P. 134–146. https://doi.org/10.1007/s11176-005-0185-2

  16. Velikorodov A.V., Stepkina N.N., Polovinkina M.A., Osipova V.P. // Rus. J. Org. Chem. 2019. V. 55. P. 999–1004. https://doi.org/10.1134/S1070428019070157

  17. Brand-Williams W., Cuvelier M.E., Berset C. // Food Sci. Technol. Int. 1995. V. 28. P. 25–30. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5

  18. Toda S., Kumura M., Ohnishi M. // Planta Med. 1991. V. 57. P. 8–10. https://doi.org/10.1055/s-2006-960005

  19. Sirota T.V., Miroshnikov A.I., Novikov K.N. // Bio-physics. 2010. T. 55. № 6. P. 911–915. https://doi.org/10.1134/S0006350910060047

  20. Apak R., Güglü K., Özyürek M., Karademir S.E. // J. Agric. Food Chem. 2004. V. 52. P. 7970–7981. https://doi.org/10.1021/jf048741x

  21. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. // Methods Enzymol. 1990. V. 186. P. 1–85. https://doi.org/10.1016/0076-6879(90)86093-b

  22. Osipova V., Polovinkina M., Gracheva Yu., Shpakovsky D., Osipova A., Berberova N. // Arab. J. Chem. 2021. V. 14. 103068. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103068

  23. Osipova V., Polovinkina M., Osipova A., Gracheva Yu., Okhlobystin A. // Turk. J. Chem. 2019. V. 43. P. 1336–1349. https://doi.org/10.3906/kim-1904-40

  24. Сумбаев В.В., Розанов А.Я. // Укр. биохим. журн. 1998. 70. № 6. С. 47–52.

  25. Сирота Т.В. // Биомед. химия. 2015. Т. 61. № 1. С. 115–124. https://doi.org/10.18097/pbmc20156101115

  26. Половинкина M.A., Коляда М.Н., Осипова В.П., Берберова Н.Т., Чукичева И.Ю., Шумова O.A., Кучин А.В. // Доклады АН. 2019. Т. 484. № 5. С. 48–51. https://doi.org/10.1134/S001250081902006X

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал