Установление количественной зависимости фармакологического действия от химической структуры и физико-химических свойств соединений является одним из перспективных путей решения проблемы поиска новых биологических активных веществ. Для выявления количественной закономерности в соотношениях структура - активность используется широкий спектр физико-химических параметров исследуемых веществ, как экспериментально определяемых (константы ионизации и липофильности), так и теоретически рассчитываемых (дипольный момент, молекулярная масса, заряды на атомах и т.д.) [2, 4]. Константы ионизации играют существенную роль при интерпретации механизма действия лекарственных веществ. Так, ионизация может способствовать избирательности действия, существенно влиять на адсорбцию веществ на рецепторной поверхности, проницаемость через биологические мембраны [1].
Целью работы является изыскание связи степени выраженности противовоспалительного действия (ПВД) N-ацилзамещённых антраниловых кислот с константами ионизации и составление соответствующих корреляционных уравнений, которые могут быть использованы для прогнозирования активности и направленного синтеза новых биологически активных веществ подобной структуры.
Синтез N-ацилзамещённых антраниловых кислот 110 и результаты изучения ПВД описаны в работах [3, 6, 8].
Для изучения количественной зависимости фармакологического действия от физико-химических свойств соединений экспериментально установлены величины констант ионизации. В N-ацилзамещённых антраниловых кислотах есть две ионогенные группы - карбоксильная и амидная, поэтому, в зависимости от реакции среды, вещества проявляют как кислотные, так и основные свойства. Это позволяет определять константы кислотности (pKa) и основности (pKв).
Определение проводилось методами потенциометрического титрования растворами калия гидроксида или кислоты хлорной в среде этанола [4]‚ результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 Противовоспалительное действие и константы ионизации N-ацилзамещённых антраниловых кислот
|
№ |
R |
ПВДэксп,% |
pKa |
pKв |
ПВДрасч,%
|
|
1. |
CH2Cl |
33,5 |
6,20 |
14,94 |
28,60 |
|
2. |
CH3 |
25,4 |
5,45 |
12,84 |
21,70 |
|
3. |
COOC2H5 |
11,0 |
5,15 |
15,02 |
19,50 |
|
4. |
CONHCH2CH=CH2 |
14,5 |
5,20 |
14,24 |
18,90 |
|
5. |
CH2C6H5 |
24,9 |
5,85 |
14,60 |
21,60 |
|
6. |
2,4-Cl2C6H3 |
52,2 |
6,80 |
15,16 |
57,40 |
|
7. |
3-NO2C6H4 |
11,0 |
5,10 |
14,84 |
18,80 |
|
8. |
2-OCH3C6H4 |
39,8 |
6,45 |
15,16 |
33,95 |
|
9. |
Ad |
61,2 |
8,30 |
14,04 |
66,45 |
|
10. |
2,3-(CH3)2 C6H3 |
48,5 |
6,95 |
14,29 |
58,10 |
Взаимодействие веществ с раствором калия гидроксида проходит по карбоксильной группе.
При титровании раствором кислоты (HClO4) протонирование соединений происходит по атому кислорода амидной группы, так как частичный отрицательный заряд на этом атоме (δ3) выше, чем на атоме азота (δ1).Значения зарядов на атомах азота, кислорода и водорода (в электронных единицах), рассчитанные полуэмпирическим методом PM 3, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Заряды на атомах кислорода, азота и водорода в ряду N-ацилзамещённых антраниловых кислот
|
№ |
R |
δ1N |
δ2H |
δ3О |
|
1. |
CH2Cl |
-0,03636 |
0,11114 |
-0,33246 |
|
2. |
CH3 |
-0,005554 |
0,15130 |
-0,344733 |
|
3. |
COOC2H5 |
-0,04051 |
0,10177 |
-0,305239 |
|
4. |
CONHCH2CH=CH2 |
-0,07689 |
0,12173 |
-0,229416 |
|
5. |
CH2C6H5 |
-0,03533 |
0,08962 |
-0,315893 |
|
6. |
2,4-Cl2C6H3 |
-0,04490 |
0,03287 |
-0,287021 |
|
7. |
3-NO2C6H4 |
-0,02412 |
0,09341 |
-0,333304 |
|
8. |
2-OCH3C6H4 |
-0,03244 |
0,11281 |
-0,332732 |
|
9. |
Ad |
-0,02786 |
0,09108 |
-0,310782 |
|
10. |
2,3-(СН3)2C6H3 |
-0,04695 |
0,10692 |
-0,106917 |
Реакция исследуемых соединений с раствором кислоты хлорной проходит, вероятно, по следующей схеме:
Экспериментальные данные по противовоспалительному действию (ПВДэксп,%) веществ, представляющие процент торможения отека, вызванного каррагенином, приведены в таблице 1. Наибольшим противовоспалительным действием обладает соединение 9, содержащее в ацильном фрагменте адамантильный заместитель, а наименьшим - соединения 3 и 7, содержащие соответственно этоксикарбонильный и 3-нитрофенильный радикалы.
Исследование количественных соотношений структура - противовоспалительная активность проводилось методом математического моделирования Хенча [7] и методом включения переменных [5] с последующим сравнением статистических характеристик и выбором на этом основании оптимального уравнения связи ПВД с константами кислотности и основности. Мерой биологического отклика служил логарифм ПВД (lg ПВД). Полученные корреляционные уравнения приведены в таблице 3.
Таблица 3 Корреляционные уравнения связи противовоспалительного действия с константами ионизации исследуемых соединений
|
№ |
Корреляционные уравнения |
R |
S |
F
|
|
1. |
lg ПВД= 0,1352pKa+0,7192 |
0,83 |
0,09 |
1,10 |
|
2. |
lg ПВД= 3,2547-0,1352pKв |
0,37 |
0,28 |
0,87 |
|
3. |
lg ПВД= 0,0095pKa2+1,1883 |
0,81 |
0,10 |
9,52 |
|
4. |
lg ПВД= 3,2547-0,0053pKв2 |
0,37 |
1,95 |
0,87 |
|
5. |
lg ПВД= 0,1322pKa +0,0246pKв+0,3886 |
0,86 |
1,10 |
11,71 |
|
6. |
lg ПВД= 0,0093pKa2 +0,0011pKв2+0,9679 |
0,83 |
0,11 |
4,18 |
Для всех уравнений определены статистические характеристики:
R-коэффициент корреляции, S-среднеквадратичное отклонение, F-критерий Фишера, свидетельствующий о значимости регрессии.
Линейная корреляция между lg ПВД и константами кислотности представлена уравнением 1, которое имеет достаточно значимые величины R и F, соответственно равные 0,83 и 1,10.Зависимость lg ПВД от констант основности отражена уравнением 2, у которого коэффициент корреляции в два раза ниже (0,37), а критерий Фишера уменьшается до 0,87. Вероятно, константа кислотности оказывает более сильное влияние на степень выраженности противовоспалительного действия. При исследовании линейной зависимости lg ПВД одновременно от констант кислотности и основности получено двухпараметровое уравнение 5 с более значимыми статистическими характеристиками.
При сравнении корреляционного уравнения 3 квадратичной зависимости lg ПВД от констант кислотности, имеющего R= 0,81 и F=9,52, с уравнением 4, отражающим связь lg ПВД с константами основности, наблюдается резкое уменьшение статистических характеристик (R= 0,37 и F=0,87). Таким образом, и в этом случае основным показателем степени выраженности ПВД является константа кислотности. Для исследования влияния обеих констант ионизации одновременно было составлено квадратичное уравнение 6 с достаточно высокими статистическими характеристиками.Следовательно, двухпараметровые уравнения 5 и 6 являются наиболее значимыми и пригодными для прогнозирования степени выраженности ПВД.
С целью проверки пригодности уравнений в ряду N-ацилзамещённых антраниловых кислот были синтезированы соединения 11 и 12, определены их константы ионизации. Проведены расчеты значений предполагаемого ПВД по уравнениям 5 и 6. Результаты расчетов ПВД и данные, полученные экспериментально, приведены в таблице 4.
Таблица 4 Константы ионизации и противовоспалительное действие N-ацилзамещённых антраниловых кислот
|
№ п/п |
R |
рКа |
рКв |
ПВДрасч % Уравнение 5/6 |
ПВДэкс % |
|
11 |
CH2-CH2-СООН |
4,95 |
14,19 |
24,56/26,15 |
23,00 |
|
12 |
CH2-CH2-СООCH3 |
5,95 |
14,49 |
34,12/33,75 |
32,70 |
Сравнение теоретических и экспериментальных значений ПВД не обнаруживает существенного различия между ними.
Таким образом, полученные уравнения могут быть использованы для ориентировочного прогнозирования степени выраженности ПВД в ряду N-ацилзамещённых антраниловых кислот.
Рецензенты:
- Ярыгина Татьяна Ивановна, доктор фармацевтических наук, профессор кафедры фармацевтической химии очного факультета Пермской государственной фармацевтической академии, г. Пермь.
- Михайловский Александр Георгиевич, доктор фармацевтических наук, доцент, заведующий кафедрой неорганической химии очного факультета Пермской государственной фармацевтической академии, г. Пермь.