2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновая кислота и 2-металлилсульфанилникотиновая кислота, обладающие антибактериальной и противогрибковой активностью

Изобретение относится к области гетероциклических соединений, содержащих в своей структуре ядро пиридина, обладающих биологической активностью и способных найти применение в медицинской практике. Предложено применение 2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновой кислоты (I) или 2-металлилсульфанилникотиновой кислоты (II) в качестве веществ с антибактериальной Staphylococcus Аureus или противогрибковой Candida Аlbicans, Aspergillus Niger активностью. 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области гетероциклических соединений, содержащих в своей структуре ядро пиридина, обладающих биологической активностью и способных найти применение в медицинской практике.

Проблема поиска новых соединений, обладающих широким спектром фармакологических свойств, в настоящее время является актуальной задачей. Это связано с тем, что перечень веществ, проявляющих антибактериальное и противогрибковое действие не столь широк и не позволяет осуществлять эффективное лечение целого ряда заболеваний. Как известно, антибиотикорезистентность приводит к возникновению постоянной потребности в поиске новых антибактериальных препаратов, в связи с этим значительный интерес представляют соединения гетероциклической природы. На основании проблемы резистентности возбудителей к некоторым препаратам, мы считаем, что необходим поиск новых веществ, обладающих антибактериальной активностью. Согласно докладу ВОЗ в настоящее время от болезней, вызванных резистентными бактериями, ежегодно умирает около 700 000 человек, прогнозируется, что к 2050 году ежегодная смертность от таких бактерий составит 10 000 000 человек. В связи с повсеместным применением в лечебной практике антибактериальных препаратов широкого спектра действия и других групп лекарственных средств наблюдается значительное увеличение грибковых заболеваний. Растет спрос на эффективные противогрибковые препараты из-за тенденции к росту, в частности, ассоциированных с ВИЧ-инфекцией грибковых заболеваний, а также развитием резистентности возбудителей к имеющимся препаратам [1]. Создание новых антибактериальных препаратов в сочетании с противогрибковыми свойствами, с высоким бактерицидным и фунгицидным потенциалом и минимальным побочным действием является одним из приоритетных направлений фармацевтики.

В настоящий момент в медицинской практике используются препараты, содержащие в своей структуре фрагмент пиридина, в связи с широким спектром проявляемых ими фармакологических свойств: такие соединения обладают, в частности, антибактериальной и противогрибковой активностью. Присутствие в исследуемой молекуле нескольких фармакофорных фрагментов позволяет оказывать влияние на широкий спектр возбудителей, что обуславливает устойчивый интерес к производным азинов.

В настоящее время из наиболее известных лекарственных веществ, применяемых в медицине, 5% составляют препараты пиридинового ряда. Провитамин В5 - никотиновая (3-пиридинкарбоновая) кислота используется в лечении пеллагры и обладает слабым противотуберкулезным действием [2]. Известны лекарственные препараты на основе пиридинкарбоновых кислот, это кордиамин для лечения нарушений кровообращения, амиды 5-гидроксиникотиновой кислоты являются эффективными анти-ВИЧ препаратами, гидразиды и тиоамиды пиридинкарбоновых кислот, обладающие противотуберкулезными свойствами, пиридинальдоксимные антидоты, эффективные в лечении отравлений фосфорорганическими отравляющими веществами и пестицидами и др. [3, 4].

В патенте РФ [5] описаны новые производные [1,3]тиазолоазинов, обладающих высокой фунгицидной активностью в отношении культур Candida Аlbicans и Aspergillus Niger, в сочетании с антибактериальным действием на грамположительные микроорганизмы Staphyllococcus Aureus. Данные [1,3]тиазоло[3,2-a]пиридины получены, в том числе, из производных 2-сульфанилникотиновой кислоты, описанных в нашем патенте, которые также проявили высокую антибактериальную активность в отношении культур Staphyllococcus Aureus в сочетании с противогрибковым эффектом на Candida Аlbicans и Aspergillus Niger. Однако в литературе отсутствует информация об изучении противогрибковой и антибактериальной активности производных 2-сульфанилникотиновой кислоты.

В настоящее время в медицинской практике широко используется противогрибковый препарат клотримазол (1-[(2-хлорфенил)дифенилметил]-1Н-имидазол), который в зависимости от концентрации проявляет фунгицидный или фунгистатический эффект. Препарат оказывает антимикотическое действие в концентрации 10-20 мг/л, проявляет антибактериальные свойства в отношении грамположительных кокков. В качестве побочных эффектов при применении клотримазола возможны различные аллергические реакции. Антибактериальный препарат цефазолин ((6R-транс)-3-[[5-Метил-1,3,4-тиадиазол-2-ил)-тио]метил]-8-оксо-7-[(1Н-тетразол-1-илацетил)амино]-5-тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоновая кислота (в виде натриевой соли)) является полусинтетическим антибиотиком группы цефалоспоринов I поколения для парентерального применения, обладает антибактериальным эффектом широкого спектра действия. У препарата имеется широкий спектр побочных эффектов, а при длительном лечении может развиваться суперинфекция, вызываемая устойчивыми к антибиотику штаммами и кандидамикоз [6, 7].

Согласно литературным источникам, данных об одновременной антибактериальной и противогрибковой активности производных пиридинкарбоновых кислот не найдено. В патенте РФ (RU 98107259 A) имеются данные о способе получения новых производных пиридонкарбоновой кислоты или их солей и их антибактериальной активности. Какая-либо информация о возможности наличия противогрибковой активности этих соединений в патенте отсутствует [8].

Технической задачей изобретения является синтез новых соединений, обладающих высокой противогрибковой активностью в отношении культур Candida Аlbicans и Aspergillus Niger, в сочетании с антибактериальным действием на грамположительные микроорганизмы, т.е. активностью в отношении такого вида патогенной микрофлоры, как Staphyllococcus Aureus. Решение этой задачи позволит значительно увеличить возможность воздействия на бактериальную флору и расширить ассортимент веществ с противогрибковой активностью.

Задача решается на основе синтеза 2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновой кислоты (I) и 2-металлилсульфанилникотиновой кислоты (II) (таблица 1), не описанных ранее в литературе новых соединений, проявляющих эффективную фунгицидную активность в отношении культур Candida Albicans и Aspergillus Niger и одновременно антибактериальные свойства в отношении Staphyllococcus Aureus.

Новые сульфанилникотиновые кислоты (I,II) получают взаимодействием 2-меркаптоникотиновой кислоты с 2,3-дибром-1-пропеном или металлилхлоридом (2-метил-3-хлор-1-пропен) в присутствии гидроксида калия в воде по методу [9]. Соединения (I,II) выпадают из раствора в виде хлопьевидного порошка белого цвета.

Таблица 1. Cтруктура впервые полученных сульфанилникотиновых кислот

Номер соединения	I	II
Структура

Очистку соединений (I,II) осуществляют с использованием известного приема – перекристаллизации из подходящего растворителя.

Пример 1. Растворяют 56 мг (1 ммоль) KOH в 5 мл H₂O, добавляют 155 мг (1 ммоль) 2-меркаптоникотиновой кислоты, 1 ммоль 2,3-дибром-1-пропена или 2-метил-3-хлор-1-пропена и 10 мг BzEt₃NCl. Перемешивают раствор в течение 2 ч, выпадает белый хлопьевидный осадок, который отфильтровывают и промывают 3 мл ацетона. Анализ спектральных данных ГХ-МС, ИК и ЯМР¹Н подтверждает структуру сульфанилникотиновых кислот I,II. Состав соединений I,II подтвержден элементным анализом.

I: 2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновая кислота

Выход 0.266 г (97%), т. пл. 159-161 °С. Масс-спектр, m/z (I,%): 275 [М]+ (25), 274 (6), 273 [М]+ (24), 230 (12), 228 [М–COOH]+ (12), 197 (6), 196 [М–Br]+ (95), 195 (42), 193 (78), 192 (26), 180 (3), 177 (3), 176 (10), 168 (3), 164 (4), 162 (9), 161 (74), 160 (8), 156 (8), 155 (28), 154 (82), 153 (15), 152 (9), 151 (8), 150 (43), 149 (36), 148 (71), 147 (24), 146 (6), 139 (100), 138 (3), 137 (30), 136 (6), 132 (5), 126 (7), 124 (14), 123 (6), 122 (11), 121 (16), 120 (5), 119 (8), 118 (4), 117 (21), 116 (10), 115 (3), 113 (3), 112 (9), 111 [C5H5NS]+ (57), 110 (66), 109 (50), 108 (12), 107 (5), 106 (8), 105 (12), 104 (44), 103 (7), 98 (31), 97 (13), 96 (5), 95 (9), 94 (27), 93 (16), 92 (4), 90 (3), 89 (8), 88 (4), 85 (3), 84 (10), 83 (40), 82 (46), 81 (21), 80 (10), 79 (25), 78 [C5H4N]+ (35), 77 (20), 76 (12), 75 (6), 74 (8), 73 (5), 72 (7), 71 (28), 70 (16), 69 (20), 68 (8), 67 (42), 66 (30), 65 (9), 64 (11), 63 (5), 60 (3), 59 (3), 58 (7), 57 (36), 56 (5), 55 (7), 54 (25), 53 (12), 52 (29), 51 (52), 50 (29), 49 (5), 47 (5), 46 (7), 45 (51). Спектр ЯМР 1Н (400 MГц, ДМСО-d6), δ, м.д.: 4.26 с (2H, SCH2), 5.54 д (1H, =СН, J 1.9 Гц), 6.01 д (1H, =СН, J 1.7 Гц), 7.28 д.д (1H, Н4, J 7.8, 4.7 Гц), 8.25 д.д (1H, Н6, J 7.8, 1.8 Гц), 8.64 д.д (1H, Н5, J 4.7, 1.8 Гц), 13.54 с (1H, СООН). Найдено, %: С 39.47; H 2.97; N 5.06. C9H8BrNO2S. Вычислено, %: C 39.43; H 2.94; N 5.11.

II: 2-металлилсульфанилникотиновая кислота

Выход 0.184 г (88 %), т. пл. 165-167 °С. Масс-спектр, m/z (I,%): 209 [М]+ (6), 196 (5), 195 (14), 194 [М–CH3]+ (100), 176 [М–SH]+ (12), 164 [М–COOH]+ (5), 162 (3), 158 (5), 150 (4), 138 (4), 134 (3), 131 (7), 130 (6), 110 (4), 83 (3), 82 (3), 79 (7), 78 [C5H4N]+ (5), 67 (5), 66 (3), 55 (6), 54 (4), 53 (5), 52 (5), 51 (3), 45 (5), 40 (4)Спектр ЯМР 1Н (400 MГц, ДМСО-d6), δ, м.д.: 1.82 с (3H, СН3), 3.81 с (2H, SCH2), 4.83 с (1H, =СН), 5.00 с (1H, =СН), 7.15 д.д (1H, Н5, J 7.7, 4.7 Гц), 8.19 д (1H, Н4, J 7.8 Гц), 8.54 д (1H, Н6, J 4.8 Гц). Найдено, %: С 57.35; H 5.32; N 6.67. C10H11NO2S. Вычислено, %: C 57.39; H 5.30; N 6.69.

Пример 2. Определение антимикробной (Staphylococcus Aureus) и противогрибковой (Candida Albicans) активности.

Для исследования противогрибкового и антибактериального действия веществ использовали культуры Staphyllococcus Aureus, Candida Albicans. Контролем служили известные противогрибковые и антибактериальные средства – клотримазол и цефазолин, также обладающие противогрибковыми и антибактерильными эффектами. После автоклавирования среды для культивирования микроорганизмов подсушивали 15 минут при температуре 37-40 °С в термостате. После на питательные среды наносили сплошной слой исследуемых культур. На отдельные сектора со сплошным слоем культуры наносили исследуемые вещества. Контролем служили клотримазол и цефазолин. Процент подавления площади сектора каждой из культур микроорганизмов и грибов представлен в таблице № 2.

Период действия 5 дней, так как по краям через 5 дней возникает биопленка.

Таблица № 2. Результаты чувствительности отдельных групп организмов к исследуемым веществам в концентрации 1 %.

Исследуемая культура	Cоединение, подавление площади сектора (%)
I	II
Staphyllococcus Aureus	80	70
Candida Albicans	80	70
Aspergillus Niger	100	100

Наибольшим антибактериальным и противогрибковым эффектом обладало соединение I. Было получено 80 % подавление роста культур стафилококка и кандиды. В несколько меньшей степени антибактериальный и противогрибковый эффект проявлялся у соединения II.

Также у исследуемых веществ было выявлено подавление биопленкообразования. Выделенную чистую культуру засевали на поверхность агара сплошным газоном [10-12]. Затем стерильным пинцетом накладывали на агар бумажные диски пропитанные раствором каждого вещества. Чашки ставили в термостат при температуре 37 °С. Отсутствие зоны роста микробов определялось вокруг пропитанных соответствующим веществом дисков. Эксперименты повторялись в 5-кратной повторности (таблица № 3).

Таблица № 3. Подавление биопленкообразования культур микроорганизмов (мм).

Исследуемая культура	Соединения	Контрольные препараты
I	II	Клотримазол	Цефазолин
Staphyllococcus Aureus	22±0.5	18.3±0.9	15±1.5	15±1.4
Candida Albicans	20	17	18±0.7	12±0.7

Полученные нами вещества (I, II) проявили активное действие в отношении подавления биопленкообразования и роста колоний бактерий, чем используемые в практической медицине клотримазол и цефазолин. Преимуществом полученных нами веществ является более высокая степень подавления биопленкообразования и подавление роста колоний по сравнению с другими использующимися на практике аналогами.

Исследуемые вещества были введены в объеме 0.5 мл и концентрации вещества 10 % в составе жидкой инъекции 3 особям серебряного карася (Carassius Gibelio) массой 40-50 г. Инъекция вводилась в мышечную ткань спинной части рыбы, куда обычно вводят гормональные инъекции. В результате экспериментов было установлено, что исследуемые вещества выводятся из тела рыб в течение 15-18 минут, дифундируя через ткани. После экспериментов рыбы нормально функционировали, принимали корм и в дальнейшем никаких патологий у рыб не наблюдалось. Таким образом, данные вещества не только активно выводятся из тканей, но есть все основания полагать, что данные вещества активно проникают сквозь мембраны клеток.

Таким образом, впервые синтезированы 2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновая кислота (I) и 2-металлилсульфанилникотиновая кислота (II), обладающие противогрибковой активностью в отношении культур Candida Аlbicans и Aspergillus Niger. Их одновременное, наряду с противогрибковым, антибактериальное действие в отношении такого вида патогенной микрофлоры, как Staphyllococcus Aureus, является оригинальным сочетанием биологических свойств вещества и позволяет расширить ассортимент используемых в медицинской практике противогрибковых и антибактериальных препаратов на качественно новом уровне.

2-(2-Бромаллил)сульфанилникотиновая кислота (I) общей формулы C₉H₈BrNO₂S и 2-металлилсульфанилникотиновая кислота (II) общей формулы C₁₀H₁₁NO₂S, обладающие противогрибковым действием в отношении культур Candida Аlbicans и Aspergillus Niger в сочетании с антибактериальными свойствами в отношении Staphyllococcus Aureus.

I	II

Литература

1. Лоуренс Д.Р., Бенитт П.Н. Клиническая фармакология. - М.: Медицина, 1991. - .Т. 1. - 364 с.

2. Березовский В.М. Химия витаминов. Изд. 2-е, М.: Пищевая промышленность, 1973. – 632 с.

3. Taylor R.D. Rings in Drugs / R. D. Taylor, M. MacCoss, A. D. G. Lawson // J. Med. Chеm. – 2014. – V. 57, № 14. – P. 5845 – 5849. DOI: 10.1021/jm4017625.

4. Солдатенков А.Т. Основы органической химии лекарственных веществ / А.Т. Солдатенков, Н.М. Колядина, И.В. Шендрик – М.: Химия, 2001. – 192 с., Ил.

5. Пат. RU 2717943 C1 Российская Федерация, МПК C07D 513/04, C07D 513/14, A61K 31/437, A61K 31/52, A61P 31/04, A61P 31/10. Конденсированные [1,3]тиазолоазиниевые системы с узловым атомом азота, обладающие фунгицидной и бактерицидной активностью (варианты) / Калита Е. В., Петрова К.Ю., Ким Д. Г., Корляков К.А.; заявитель и патентообладатель Южно-Уральский государственный университет. - № 2019128323; заявл. 09.09.2019; опубл. 27.03.2020, Бюл. № 9. - 9 с.

6. Справочник ВИДАЛЬ. Лекарственные препараты в России. - М.: АстраФармСервис, 1995. - 1170 с.

7. Государственная Фармакопея Российской федерации. Изд-е XIV. Том III. Лекарственные средства синтетического и минерального происхождения. М.: 2018. – 1925 с.

8. Пат. RU 98107259 A Российская Федерация, МПК C07D 401/04, C07D 421/14, C07D 471/04, A 61K 31/47, A61K 31/505, A61P 31/04. Новые производные пиридонкарбоновой кислоты или их соли и антибактериальные средства, содержащие такие соединения в качестве активных компонентов / Язаки А., Ниино Й., Охсита Й., Хирао Ю., Амано Х., Хайяси Н., Курамото Я. заявитель и патентообладатель Вакунага Фармасьютикал КО., Лтд. (JP). - 98107259/04; заявл. 22.04.1998; опубл. 10.02.2000.

9. Калита Е.В. Синтез и галогенциклизация пропаргильных производных 2-меркаптоникотиновой кислоты / Е.В. Калита, Д.Г. Ким, О.С. Ельцов, Т.С. Штукина, И.В. Мухаметгалеева // Химия гетероциклических соединений. – 2019. – Т. 55. – № 4/5. – С. 473–477. [E.V. Kalita, D.G. Kim, O.S. El’tsov, T.S. Shtukina, I.V. Mukhametgaleeva. Synthesis and halocyclization of 2-mercaptonicotinic acid propargyl derivatives. Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2019, Vol. 55, No. 4/5, pp. 473–477. DOI: 10.1007/s10593-019-02483-9].

10. Кашкин П.Н., Елинков К.П. Безбородов А.М., Цыганов В.А., Антибиотики. Л.: Медицина. - Ленинградское отделение, 1970. - 375 с.

11. Гэйл Э., Кандлифф Э., Рейнолдс П., Ричмонд М., Уоринг М. Молекулярные основы действия антибиотиков. - М.: Мир, 1975. - 501 с.

12. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микроорганизмов. - М.: Наука, 1989. - 285 с.

Применение 2-(2-бромаллил)сульфанилникотиновой кислоты (I) или 2-металлилсульфанилникотиновой кислоты (II), представленных общей формулой:

в качестве веществ с антибактериальной Staphylococcus Аureus или противогрибковой Candida Аlbicans, Aspergillus Niger активностью.