СПОСОБ ОТБОРА АНАЛЬГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ Российский патент 2014 года по МПК G01N33/15 

Изобретение относится к биологии и медицине и предназначено для отбора новых веществ в рядах NH-замещенных (галоген)антраниловых кислот, их амидов, ариламидов и гидразидов, обладающих анальгетической активностью (АА) по тесту «горячей пластинки», молекулы которых содержат общий фрагмент: карбонил-фенильный радикал - вторичная или третичная аминогруппа.

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 (см. патент РФ №2242754, МПК 7 G01N 33/15). 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). При проведении действий, операций и использовании биологических объектов, предложенных в данном способе невозможно определить уровень анальгетической активности.

Патентуемый способ заключается в возможности прогнозировать уровень анальгетической активности по тесту «горячей пластинки», путем теоретического расчета (ААрасч.) с помощью многопараметрических (трехпараметровых) уравнений зависимости АА от квантовохимических параметров. Для достижения результата необходимо выполнить следующие действия: производные антраниловой кислоты, разделить на четыре ряда: NH-замещенные антраниловые кислоты, ариламиды NH-замещенных антраниловых кислот, ариламиды N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот, амиды и гидразиды NH-ацил(галоген)антраниловых кислот, для данных соединений определить анальгетическую активность по тесту «горячая пластинка» на мышах, определить параметры электронной структуры молекул каждого соединения и выбрать дескрипторы, которые максимально влияют на уровень АА, затем составить многопараметрические уравнения, по которым определить теоретический уровень анальгетической активности и сравнить полученные данные с экспериментально найденным уровнем (ААэксп.), определенным на лабораторных животных. Затем путем моделирования расширить ряд химических соединений, определить параметры электронной структуры этих молекул и рассчитать уровень ААрасч. по многопараметрическим уравнениям и отобрать соединения, у которых теоретически рассчитанная АА (ААрасч.) равна или превосходит таковую препарата сравнения.

Предлагаемая в способе последовательность действий и операций над химическими соединениями и лабораторными животными, наряду с расчетными формулами, характеризующими взаимосвязь между анальгетической активностью и квантовохимическими характеристиками молекул, позволяет получить технический результат - способ прогнозной оценки уровня АА, позволяющий сократить затраты на синтез и на испытания биологической активности новых химических соединений.

Все исследуемые 37 соединений обладают различным уровнем анальгетического действия (ААэксп.) (среди которых встречаются и запатантованные), разделены на 4 ряда:

1. NH-замещенные антраниловые кислоты (табл.1, 2).

2. Ариламиды NH-замещенных антраниловых кислот (табл.3, 4).

3. Ариламиды N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот (табл.5, 6).

4. Амиды и гидразиды NH-ацил(галоген)антраниловых кислот (табл.7, 8).

Для всех соединений была определена АА на беспородных белых мышах массой 18-23 г на модели «горячей пластинки» [N.B. Eddy and D.J. Leimbach // J. Pharmacol. Exp.Ther. - 1953. - Soc.107. - P.385-393.]. Исследуемые соединения вводили внутрь в дозе 50 мг/кг за 0,5 ч до помещения животных на металлическую пластинку, нагретую до 53,5°С. Каждое соединение испытывали на 5 животных. Показателем изменения болевой чувствительности служила измеряемая в секундах длительность пребывания животных на горячей пластине до момента облизывания ими задних лапок.

Расчеты квантовохимических характеристик молекул веществ выполнены методом РМ-3 (Parametrison-3) с полной оптимизацией геометрии молекул с использованием программы GAUSSIAN-2003. Рассчитывались следующие параметры молекул: полная энергия молекулы (энергия Хартри-Фока) (E_HF), полная тепловая энергия (E_TERM), заряд на атоме азота (qN) в аминогруппе NH-ацильного фрагмента, а также заряды на атомах углерода (qC) и кислорода (qO) карбонильной группы амидного фрагмента.

В каждом ряду соединений установлена зависимость ААэксп. от каждого параметра квантово-механических характеристик молекулы и установлен коэффициент парной линейной корреляции Пирсона (r). Выбраны те параметры, по расчетам которых был получен высокий коэффициент корреляции. По данным параметрам были составлены многопараметрические уравнения, имеющие наибольшие коэффициенты корреляции (r) и наименьшее стандартное отклонение (S), представленные в табл.9. На основе составленных уравнений для каждого ряда соединений проведен теоретический расчет уровня АА (ААрасч.), которые приведены в таблицах 1-8.

NH-замещенные антраниловые кислоты

Для восьми NH-замещенных антраниловых кислот была определена ААэксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны квантовохимические параметры молекул (табл.1). Разброс уровня ААэксп. находится в интервале от 11,7 до 27,0 сек, а стандартное отклонение лежит в пределах 1,5-4,3 сек. Для составления многопараметрических уравнений были выбраны характеристики, имеющие наибольший коэффициент корреляции с анальгетической активностью.

Таблица 1 NH-замещенные антраниловые кислоты № R АА эксп, сек S, эксп E_TEPM qC qO АА расчет, сек.** 1* СН₂СН=CCH₃Cl 27,0 ±2,9 141,51 0,418883 -0,3443 25,8 2 COAd 17,1 ±1,9 237,92 0,463743 -0,40645 18,2 3 фурил 17,0 ±1,8 129,69 0,415961 -0,32774 17,2 4 COCH₂C₆H₅ 22,8 ±3,6 166,78 0,443282 -0,37009 21,3 5 COCH₂Cl 21,3 ±1,5 108,41 0,41526 -0,32692 22,0 6 СО-2,4Cl₂-C₆H₃ 17,3 ±2,1 138,65 0,419603 -0,33634 19,2 7 СО-3СН₃-C₆H₄ 11,7 ±2,8 167,25 0,416998 -0,33111 10,5 8 СО-2-OCH₃C₆H₄ 17,6 ±4,3 170,19 0,410685 -0,3349 18,1 r -0,2857 0,051249 -0,10788   * - соединения, на которые получены авторские свидетельства или патенты. ** S расчет для всех соединений =±1,66

На основе полученных данных составлены многопараметрические уравнения зависимости ААрасч. от квантово-химических параметров. Установлено, что уравнение зависимости ААрасч. от таких параметров, как термальная энергия, заряды на атомах углерода и кислорода карбонильного фрагмента карбоксильной группы имеет наибольший коэффициент корреляции (r) и наименьшее стандартное отклонение (S).

Уравнение 1:

ААрасч.=-0,231·E_term=-823,77·qC-829,62·qO+117,94(r=0,96, s=±1,66)

Пример 1. Уравнение 1 апробировано для теоретического расчета анальгетического действия на примерах соединений 9 и 10 из ряда NH-замещенных антраниловых кислот (таб.2). Вначале были проведены расчеты квантово-химических параметров и на их основе была рассчитана анальгетическая активность ААрасч, а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ААэксп.

Таблица 2 № R АА расчет, сек.** E_term qC qO ААэксп, сек S, эксп 9 (CO)₂NHCH₂CH=CH₂ 15,8±1,66 153,39 0,417250 -0,333964 16,2 ±1,1 10 CH₂C₆H₅ 17,7±1,66 159,03 0,442676 -0,363466 14,6 ±3,3

Теоретически найденный уровень ААрасч. для соединения 9 составляет 15,8 сек. Интервал уровня ААэксп. установленный экспериментально на лабораторных животных составляет 15,1-17,3 (16,2±1,1) сек. Для соединения 10 - теоретически найденный уровень ААрассч. - 17,7 сек, а установленный на лабораторных животных интервал ААэксп. - 11,3-17,9 (14,6±3,3) сек. Рассчитанные значения ААрасч. с помощью многопараметрического уравнения входят в интервал ААэксп, найденный экспериментально. Таким образом, уравнение 1 используется для прогнозирования уровня анальгетической активности в ряду NH-замещенных антраниловых кислот.

Ариламиды NH- замещенных антраниловых кислот

Для десяти соединений из ряда ариламидов NH - алкенил, алкил антраниловых кислот была определена ААэксп. на лабораторных животных, рассчитаны квантовохимические параметры молекул (таб.3). Разброс уровня ААэксп. находится в интервале от 10,8 до 28,0 сек, а стандартное отклонение лежит в пределах 1,9-5,2. Для составления многопараметрических уравнений были выбраны характеристики, имеющие наибольший коэффициент корреляции анальгетической активности с отдельными квантово-механическими параметрами.

Таблица 3 Ариламиды NH-алкенил, алкил антраниловых кислот № R R¹ ААэксп, сек S, эксп E_HF qC qN АА расчет, сек. ** 11 4-Br-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl 15,3 ±4,7 0,038662 0,306532 0,006747 20,1 12 4-ОСН₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl 10,8 ±2,1 -0,03381 0,30063 0,012938 9,9 13* C₆H₅ СН₂СН=CCH₃Cl 20,2 ±3,5 0,026033 0,304779 0,008193 18,0 14* 2-СН₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl 15,2 ±1,9 0,012528 0,306713 -0,00269 14,7 15 4-СН₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl 14,6 ±3,9 0,011664 0,30253 0,012387 16,2 16 4-СН₃-C₆H₄ CH₂C₆H₅ 14,2 ±3,1 0,049028 0,300973 0,002979 17,2 17 4-Cl-C₆H₄ СН₂СН=СН₂ 20,0 ±5,2 0,039963 0,304414 -0,00431 16,2 18 4-Br-C₆H₄ СН₂СН=СН₂ 28,0 ±1,9 0,063572 0,297448 0,042475 27,2 19 4-Br-C₆H₄ CH₂C₆H₅ 28,0 ±4,3 0,078174 0,306972 0,012275 26,3 20 4-Br-C₅H₃N СН₂СН=CCH₃Cl 21,0 ±2,5 0,039707 0,306965 0,010553 21,4 r   0,804162 0,020067 0,527102   * - соединения, на которые получены авторские свидетельства или патенты. ** S расчет для всех соединений =±3,11

На основе полученных данных составлены многопараметррические уравнения зависимости ААэксп. от квантово-химических параметров. Установлено, что уравнение зависимости ААрасч. от параметров: энергия Хартри-Фока, заряды на атомах углерода карбонильной группы и азота вторичной аминогрупы общего фрагмента имеют наибольший коэффициент корреляции (r) и наименьшее стандартное отклонение (S).

Уравнение 2:

ААрасч.=116,59·E_HF+547,41·qC+257,89·qN-153,99 (r=0,90, s=±3,11)

Пример 2. Уравнение 2 апробировано для теоретического расчета анальгетического действия на примере соединения 21 из этого ряда (таб.4). Вначале были проведены расчеты квантовохимческих параметров и на их основе была рассчитана анальгетическая активность ААрасч, а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и найдена ААэксп.

Таблица 4 № R R¹ АА расчет, сек. ** E_HF qC qN ААэксп, сек S, эксп 21 3-CH₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl 16,4±3,11 0,0117303 0,303004 0,012241 13,6 ±3,6

Теоретически найденный уровнь ААрасч. для соединения 21 составляет 16,4 сек. Интервал уровня ААэксп. установленный на лабораторных животных составляет 10,0-17,2(13,6±3,6) сек. Рассчитанные значения АА расч. с помощью многопараметрического уравнения входят в интервал АА эксп., найденный экспериментально. Таким образом, уравнение 2 используется для прогнозирования уровня анальгетического действия в ряду арила-мидов NH-замещенных антраниловых кислот.

Ариламиды N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот

Для девяти соединений из ряда ариламидов N-ацил-N-алкенил антраниловых кислот была определена ААэксп. на лабораторных животных и рассчитаны квантовохимические параметры молекул (таб.5). Разброс уровня ААэксп. находится в интервале от 11,3 до 29,0 сек, а стандартное отклонение лежит в пределах 2,7-5,1. Для составления многопараметрических уравнений были выбраны характеристики, имеющие наибольший коэффициент корреляции с анальгетической активностью.

Таблица 5 Ариламиды N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот № R R¹ R² ААэксп, сек S, эксп E_TEPM qO qN АА расчет, сек.** 22 4-Br-С₅Н₃Н СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 27,0 ±2,9 214,39 -0,358237 -0,07067 26,5 23 4-Br-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 14,1 ±4,6 221,71 -0,33715 -0,03356 20,4 24 C₆H₅ СН₂СН=CCH₃Cl фурил 11,3 ±2,7 243,12 -0,34656 -0,02026 12,4 25 2-CH₃-C₆H₄ СН₂СН=СН₂ CH₂Cl 13,6 ±3,3 208,18 -0,34119 -0,0215 11,3 26 4-Br-C₆H₄ CH₂C₆H₅ CH₃ 27,0 ±5,1 240,05 -0,34637 -0,04795 24,2 27 4-OCH₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 21,8 ±3,1 248,45 -0,35921 -0,05362 20,8 28 4-CH₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 15,2 ±4,2 245,54 -0,36912 -0,05977 18,2 29 2-CH₃-C₆H₄ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 19,8 ±4,8 245,67 -0,36193 -0,05206 18,3 30 4-Cl-С₆Н₄ СН₂СН=СН₂ CH₃ 29,0 ±3,7 208,81 -0,32843 -0,04132 27,9 r   -0,2180 0,110015 -0,59736   * - соединения, на которые получены авторские свидетельства или патенты. ** S расчет для всех соединений =±3,69

На основе полученных данных составлены многопараметрические уравнения зависимости ААрасч. от квантово-химических параметров. Установлено, что уравнение зависимости ААрасч. от параметров: термальная энергия, заряды на атомах кислорода карбонильной и азота амидной групп общего фрагмента имеют наибольший коэффициент корреляции (r) и наименьшее стандартное отклонение (S).

Уравнение 3:

ААрасч.=0,09·E_TEPM-486,77·qN+540,26·qO+166,39(r=0,90, s=±3,69)

Пример 3. Уравнение 3 апробировано для теоретического расчета анальгетического действия на примерах соединений 31 и 32 из данного ряда (таб.6). Вначале, были проведены расчеты квантовохимческих параметров и на их основе была рассчитана анальгетическая активность ААрасч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и найдена ААэксп.

Таблица 6 № R R¹ R² АА расчет, сек.** E_TEPM qO qN ААэксп, сек S, эксп 31 3-CH₃-С₆Н₄ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 23,8±3,69 245,59 -0,35649 -0,0573 22,0 ±3,5 32 C₆H₅ СН₂СН=CCH₃Cl CH₃ 18,6±3,69 226,78 -0,3394 -0,03123 15,2 ±3,9

Теоретически найденный уровнь ААрасч. для соединения 31 составляет 23,8 сек. Интервал уровня ААэксп. установленный на лабораторных животных составляет 18,5-25,5(22,0±3,5) сек. Для соединения 32 - теоретически найденный уровень ААрасч. - 18,6 сек, а установленный экспериментально на лабораторных животных интервал ААэксп. - 11,3-19,1(15,2±3,9) сек. Рассчитанные значения ААрасч. с помощью многопараметрического уравнения входят в интервал ААэксп, найденный экспериментально. Таким образом, по уравнению 3 осуществляется прогноз уровня анальгетического действия в ряду ариламидов N-ацил-N-алкенил(алкил) ан-траниловых кислот.

Амиды и гидразиды NH-ацил (галген)антраниловых кислот

Для десяти соединений из ряда амидов и гидразидов NH-ацил антраниловых кислот была определена ААэксп. на лабораторных животных и рассчитаны квантовохимические параметры молекул (таб.7). Разброс уровня ААэксп. находится в интервале от 18,0 до 31,6 сек, а стандартное отклонение лежит в пределах 1,7-6,5. Для составления многопараметрических уравнений были выбраны характеристики, имеющие наибольший коэффициент корреляции с анальгетической активностью.

Таблица 7 Амиды и гидразиды NH-ацил(галоген)антраниловых кислот № R R¹ х АА эксп, сек S, эксп E_TEPM qO qN АА расчет, сек.** 33* СН₂СН=СН₂ CONHCH₂CH=CH₂ Н 31,6 ±4,6 200,12 -0,363844 0,547103 32,2 34 СН₂СН=СН₂ Ad Н 27,0 ±2,7 284,87 -0,425763 -0,077181 28,2 35 CH₂CH₂OH CONHCH₂CH₂OH Н 26,0 ±3,5 199,69 -0,401609 0,03707 23,8 36 CH₂CH=CH₂ СООН Н 24,4 ±5,2 153,49 -0,359317 0,046409 20,0 37 (CH₂)₂N(C₂H₅)₂ CONHCH₂CH=CH₂ Н 31,3 ±6,5 280,26 -0,384262 0,035945 29,2 38 СН₂СН=СН₂ CF₃ Н 18,0 ±4,5 147,81 -0,414971 -0,028159 19,1 39 CH₂CH=CH₂ СООС₂Н₅ Н 24,0 ±2,1 189,06 -0,389574 0,13919 24,6 40 СН₂С(CH₃)₃ CONHCH₂CH=CH₂ Н 27,0 ±2,8 251,88 -0,406612 0,035827 27,5 41 NH₂ CONHCH₂CH=CH₂ Н 18,0 ±4,1 171,62 -0,37463 0,038243 21,4 42 C₆H₁₁ CH₃ 3,5-Br₂ 19,6 ±1,7 204,83 -0,311421 -0,04608 21,3 r   0,636 -0,17773 0,511627   * - соединения, на которые получены авторские свидетельства или патенты. ** S расчет для всех соединений =±2,79

На основе полученных данных составлены многопараметрические уравнения зависимости ААрасч. от квантово-химических параметров. Установлено, что уравнение зависимости ААрасч. от параметров: термальная энергия, заряды на атомах кислорода карбонильной и азота амидной групп общего фрагмента имеют наибольший коэффициент корреляции (r) и наименьшее стандартное отклонение (S).

Уравнение 4:

ААрасч=0,07·E_TEPM+17,69·qN-15,25·qO+2,81(r=0,89, s=±2,79)

Пример 4. Уравнение 4 апробировано для теоретического расчета анальгетического действия на примерах соединений 43 и 44 из данного ряда (таб.8). Вначале были проведены расчеты квантовохимческих параметров и на их основе была рассчитана анальгетическая активность ААрасч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и найдена ААэксп.

Таблица 8 № R R¹ X AA расчет, сек. ** E_TEPM qO qN ААэксп, сек S, эксп 43 CH₂CH=CH₂ 4-CH₃-C₆H₄ I 24,5±2,79 207,91 -0,422448 0,031742 23,2 ±1,4 44 NH₂ CH₃ 3,5-Br₂ 16,1±2,79 122,09 -0,353211 -0,042399 16,4 ±2,4

Теоретически найденный уровень ААрасч. для соединения 43 составляет 24,5 сек. Интервал уровня ААэксп. установленный на лабораторных животных, составляет 21,8-24,6(23,2±1,4) сек. Для соединения 44 - теоретически найденный уровень ААрасч. - 16,1 сек, а установленный на лабораторных животных интервал ААэксп.- 14,0-18,8 (16,4±2,4) сек. Рассчитанные значения ААрасч. с помощью многопараметрического уравнения входят в интервал ААэксп., найденный экспериментально. Таким образом, по уравнению 4 проводится прогноз уровня ААрасч. в рядах амидов и гидра-зидов N-ацил(галоген)антраниловых кислот.

Таблица 9 Корреляционные уравнения связи АА с квантовохимическими параметрами № ряда Структурная формула Уравнения r S 1 NH-замещенные антраниловые кислоты ААрасч.=-0,231·E_term-823,77·qC-829,62·qO+117,94 0,96 1,66 2 Ариламиды NH-замещенных антраниловых кислот ААрасч.=116,59·E_HF+547,41·qC+257,89·qN-153,99 0,90 3,11 3 Ариламиды N-ацил N-замещенных антраниловых кислот ААрасч.=0,09·E_term-486,77·qN+540,26·qO+166,39 0,90 3,69 4 Амиды и гидразиды NH-ацил(галоген)антраниловых кислот ААрасч.=0,07·E_term+17,69·qN-15,25·qO+2,81 0,89 2,79

Предлагаемый способ экономически выгоден и прост, так как позволяет по структурной формуле рассчитать с достаточно высокой достоверностью (коэффициент корреляции от 89% до 96%) уровень АА с учетом разброса (s=1,66-3,69), который обычно наблюдается при исследованиях АА на лабораторных животных.

Настоящее изобретение относится к биологии и медицине и описывает способ отбора анальгетических средств, который позволяет осуществлять поиск биологически активных веществ с анальгетическим действием в рядах NH-замещенных антраниловых кислот (1), ариламидов NH-замещенных антраниловых кислот (2), ариламидов N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот (3), амидов и гидразидов NH-ацил(галоген)антраниловых кислот (4), имеющих общий фрагмент: карбонил, фенильный радикал и вторичная или третичная аминогруппы, у которых определяют параметры электронной структуры молекул соединений и выбирают дескрипторы: энергия Хартри-Фока (Е_HF), полная тепловая энергия (E_ТЕРМ), заряды на атомах азота (qN), углерода (qC) и кислорода (qO), затем с помощью трехпараметровых уравнений рассчитывают анальгетическую активность (ААрасч.) и отбирают соединения, у которых теоретически рассчитанная АА равна или превосходит таковую препарата сравнения, выбранные соединения синтезируют и подтверждают расчетные данные экспериментально на лабораторных животных (ААэксп.). Способ экономически выгоден, так как позволяет проводить экспериментальные скрининговые исследования на животных не на всем объеме синтезированных веществ, а только тех, АА которых равна или превосходит аналог по действию. 9 табл., 3 пр.

Способ отбора анальгетических средств, отличающийся тем, что позволяет осуществлять поиск биологически активных веществ с анальгетическим действием в рядах NH-замещенных антраниловых кислот (1), ариламидов NH-замещенных антраниловых кислот (2), ариламидов N-ацил-N-алкенил(алкил)антраниловых кислот (3), амидов и гидразидов NH-ацил(галоген)антраниловых кислот (4), имеющих общий фрагмент: карбонил, фенильный радикал и вторичная или третичная аминогруппы, у которых определяют параметры электронной структуры молекул соединений и выбирают дескрипторы: энергия Хартри-Фока (Е_HF), полная тепловая энергия (E_term), заряды на атомах азота (qN), углерода (qC) и кислорода (qО), затем с помощью трехпараметровых уравнений следующих видов:
1 ряд - AApacч.=-0,231·E_term-823,77·qC-829,62·qO+117,94 (r=0,96; s=±1,66)
2 ряд - ААрасч.=116,59·E_HF+547,41·qC+257,89·qN-153,99 (r=0,90; s=±3,11)
3 ряд AApacч.=0,09·E_term-486,77·qN+540,26·qO+166,39 (r=0,90; s=±3,69)
4 ряд ААрасч.=0,07·Е_tеrm+17,69·qN-15,25·qO+2,81 (r=0,89; s=±2,79),
рассчитывают анальгетическую активность (ААрасч.) и отбирают соединения, у которых теоретически рассчитанная АА равна или превосходит таковую препарата сравнения, выбранные соединения синтезируют и подтверждают расчетные данные экспериментально на лабораторных животных (ААэксп.).