СПОСОБ ОТБОРА ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ В РЯДУ ПРОИЗВОДНЫХ АНТРАНИЛОВОЙ КИСЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСЧЕТНЫХ КОНСТАНТ ЛИПОФИЛЬНОСТИ И ИОНИЗАЦИИ Российский патент 2020 года по МПК G01N33/15 

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 (ПВД_рассч.) 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 (ПВД_эксп.), определенным на лабораторных животных. Затем путем моделирования расширить ряд химических соединений, определить константы ионизации и липофильности этих молекул и рассчитать уровень ПВД_рассч. 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 (ПВД_эксп.) (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 (рКа_рассч. и рКв_рассч.) и констант липофильности [(logP_рассч. (N-арил) и logP_рассч.(N-алкил)] по уравнениям:

1.

2.

3.

4.

На основе полученных данных составляют уравнения многопараметровой регрессии для 81 соединения, и далее по уравнениям находят ПВД_рассч. на основе каждого из полученных уравнений.

Рассчитаны теоретические значения констант ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) по уравнениям 1-4. По данным параметрам были составлены двух- и трехпараметровые уравнения (табл. 13). На основе составленных уравнений проведен теоретический расчет ПВД (ПВД_рассч.), который приведен в таблицах 1-12.

N-Замещенные антраниловые кислоты

Для 21 соединения из ряда N-замещенных антраниловых кислот была определена ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=-169,288-5,704×logP_рассч.-2,062×рKа_рассч.+17,204×рКв_рассч. (R=0,846, F=14,33, S=7,63, Q²_LOO=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 ПВД_рассч., результат прогноза был подтвержден экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=130,866-3,769×logP_рассч.-9,274×рKа_рассч. (R=0,823, F=10,52, S=7,04, Q²_LOO=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 ПВД_рассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=-252,355+16,509×logP_рассч.+7,524×рKа_рассч.+16,863×рКв_рассч. (R=0,895, F=13,50, S=7,20, Q²_LOO=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 ПВД_рассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=186,759-9,695×logР_рассч.+6,592×рKа_рассч.-13,670×рКв_рассч. (R=0,917, F=9,53, S=11,21, Q²_LOO=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 ПВД_рассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=242,981-35,052×logP_рассч.-10,099×рKа_рассч. (R=0,880, F=8,66, S=13,77. Q²_LOO=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 ПВД_рассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 ПВД_эксп. на лабораторных животных, а затем рассчитаны константы ионизации (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_рассч.) (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 (Q²_LOO), и минимальное значение среднеквадратичной ошибки (S):

ПВД_рассч.=234,503+7,738×logP_рассч.+0,495×рKа_рассч.-18,304×рКв_рассч. (R=0,886, F=10,97, S=8,43, Q²_LOO=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 ПВД_рассч., а затем результаты расчетов были подтверждены экспериментально на лабораторных животных и определена ПВД_эксп..

Расчет прогнозируемого ПВД (ПВД_рассч.) 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 (Q²_LOO) 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).

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 (ПВД_рассч.) и отбирают соединения, вызывающие торможение каррагенинового отека. Изобретение обеспечивает отбор противовоспалительных средств в рядах производных антраниловой кислоты. 13 табл.

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 (рKа_рассч. и рКв_рассч.) и липофильности (logP_paccч.), затем с помощью двух- и трехпараметровых уравнений следующих видов:

1 ряд: ПВД_рассч.= -169,288 - 5,704 × logP_pacсч. - 2,062 × рKа_рассч. + 17,204× рКв_рассч. (R=0,846, F=14,33, S=7,63, Q²_LOO = 0,61);

2 ряд: ПВД_рассч.=130,866 - 3,769 × logP_paccч. - 9,274 × рKа_рассч. (R=0,823, F=10,52, S=7,04, Q²_LOO = 0,55);

3 ряд: ПВД_рассч.= -252,355 + 16,509 × logP_paccч. + 7,524 × рKа_рассч. + 16,863× рКв_рассч. (R=0,895, F=13,50, S=7,20, Q²_LOO = 0,58);

4 ряд: ПВД_рассч. = 186,759 - 9,695 × logP_paссч. + 6,592 × рKа_рассч. - 13,670× рКв_рассч. (R=0,917, F=9,53, S=11,21, Q²_LOO = 0,70);

5 ряд: ПВД_рассч. = 242,981 - 35,052 × logP_paccч. - 10,099 × рKа_рассч. (R=0,880, F=8,66, S=13,77. Q²_LOO = 0,51);

6 ряд: ПВД_рассч. = 234,503 + 7,738 × logP_paccч. + 0,495 × рKа_рассч. - 18,304× рКв_рассч. (R=0,886, F=10,97, S=8,43, Q²_LOO = 0,59);

рассчитывают противовоспалительное действие (ПВД_рассч.) и отбирают противовоспалительные соединения, которые могут вызывать торможение каррагенинового отека более чем на 30%.