БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2011, том 37, № 5, с. 645-653
УДК 577.113.3
ФОСФОРАМИДАТНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ АЦИКЛОВИРА -
ИНГИБИТОРЫ РЕПЛИКАЦИИ ВИРУСА ГЕРПЕСА © 2011 г. Н. Ф. Закирова, А. В. Шипицын#, М. В. Ясько, С. Н. Кочетков
Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН,
119991, Москва, ул. Вавилова, 32 Поступила в редакцию 13.04.2011 г. Принята к печати 19.04.2011 г.
Синтезирован ряд новых фосфорамидатов ацикловира — соединений, представляющих интерес как антивирусные препараты против резистентных штаммов вируса герпеса. Было предложено несколько методов синтеза этих соединений. Оптимальным оказался вариант получения фосфомоно-амидатов через фосфомонохлоридат с последующей обработкой данного интермедиата различными аминами. Два соединения показали умеренную активность против Н$У-1.
Ключевые слова: ацикловир; вирус герпеса; фосфорамидаты.
ВВЕДЕНИЕ
Нуклеозидные аналоги — основной класс терапевтически эффективных антивирусных и противораковых препаратов. Для проявления биологической активности эти соединения должны быть последовательно фосфорилирова-ны клеточными киназами до соответствующих 5'-моно-, ди- и трифосфатов. С целью увеличения терапевтической эффективности и предотвращения выработки резистентности к нуклео-зидным аналогам был разработан ряд подходов. Одним из таких подходов, получивших название ProTide, является использование липофильных производных монофосфатов нуклеозидов [1, 2]. Фосфорамидатный ProTide-подход, успешно развиваемый в случае нуклеозидов, обладающих антивирусной и противораковой активностями [3—6], заключается в маскировке заряда фосфатной группы в нуклеотиде остатками арила и эфира аминокислоты. В этом случае проникновение через клеточные мембраны происходит посредством пассивной диффузии. Оказавшись внутри клетки, фосфорамидат активируется: первоначально происходит ферментативный гидролиз эфирной группы аминокислоты, катализируемый клеточными эстеразами или карбоксипептидазами, затем спонтанная циклизация с одновременным выщеплением арильной группы и раскрытие образующегося нестабиль-
Сокращения: TFAA — трифторуксусный ангидрид; MeIm — Л-метилимидазол; АЗТ — 3'-азидо-3'-дезокситимидин; HSV — herpes simplex virus (вирус простого герпеса человека); VZV — вирус Vkricella zoster (ветряная оспа); CMV — cytomegalovirus (цитомегаловирус). # Автор для связи (тел.: (499) 135-60-65; факс: (499) 135-14-05; эл. почта: alex_chip@email.ru).
ного цикла под действием воды. После гидролиза P—N-связи ферментами фосфорамидазного типа происходит высвобождение нуклеозидмо-нофосфата (схема 1). Недостатком соединений типа ProTide является их малая растворимость в воде, что отрицательно сказывается и на их биодоступности.
Недавно ProTide-подход был удачно применен и для производных ацикловира. Ацикловир (I) (9-(2-гидроксиэтоксиметил)гуанин, Zovirax) — один из наиболее широко использующихся и хорошо изученных препаратов в лечении герпесных (HSV, VZV и CMV) инфекций. Ацикловир, после последовательного фосфорилирования и превращения в активную форму — трифосфат, ингибирует синтез вирусной ДНК. Первая стадия — фосфорилирование, происходит при участии вирусспецифических ферментов. Для вирусов Herpes simplex, Vrncella zoster и Эпштейна-Барра таким ферментом является вирусная тимидинкиназа, которая присутствует в пораженных вирусом клетках. Участие специфических вирусных ферментов в первом кинировании ацик-ловира в значительной степени объясняет его селективность. Процесс последующего превращения монофосфата ацикловира в трифосфат завершается клеточными киназами, после чего он конкурентно ингибирует синтез вирусной ДНК и, тем самым, блокирует репликацию вируса [7].
Производные ацикловирмонофосфата показали противовирусную активность на резистентных штаммах HSV-1 и HSV-2, а также против VZV Данная активность обусловлена тем, что эти соединения не нуждаются в первом кинировании вирусной тимидинкиназой [8].
О и
АгО — Р—О — Нуклеозид КИ
Я
R
О
снаружи клетки
а: эстеразы или карбоксипептидазы; б и в: спонтанно; г: фосфорамидазы
О м
АгО —Р—О —Нуклеозид КИ
О и
АгО-Р_О_ Нуклеозид КИ
О
ИО
R
О
внутри клетки
О и
ИО_Р—О— Нуклеозид
ИО
КИ
R
О
О
О
Я
О
О-
Р—О—Нуклеозид КИ
R
Схема 1. Механизм действия РгоТЫе-соединений.
б
Целью данной работы является синтез производных ацикловира, которые были бы лучше растворимы в воде и не требовали участия вирусной ти-мидинкиназы для превращения в активную форму.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В данной работе мы представляем синтез новых производных ацикловира. Ранее нами было показано, что фосфомоноамидаты нуклеозидов, в отличие от их фосфодиамидатов, в ряде случаев обладают большей антивирусной активностью, чем исходные нуклеозиды [9]. Так, фосфоморфолидат АЗТ оказался существенно более активным против вируса иммунодефицита человека, чем его фосфодиморфоли-дат и сам АЗТ. Кроме того, фосфомоноамидаты, в зависимости от природы амина, могут обладать большей водорастворимостью, чем исходные нук-леозиды и, следовательно, могут являться депо-формами нуклеозидмонофосфата. Исходя из этого можно предположить, что и фосфомоноамидаты ацик-
ловира, проникая через клеточные мембраны и подвергаясь ферментативным реакциям, смогут обходить первое кинирование, и, таким образом, будут проявлять активность как на обычном, так и на ацикловиррезистентном штаммах вируса.
О
О
ИО
^О
КИ
А
КИ2
С1
О
КИ
А.
НИ,
Продукты реакции ацикловира с хлорокисью фосфора.
Для синтеза фосфомоноамидатов ацикловира мы использовали реакцию нуклеозида с хлорокисью фосфора в триэтилфосфате с последующей обработкой образующегося фосфодихлоридата избытком соответствующего амина (схема 2) [10].
8
2'
НО
Gua
О м
С1—Р_ О
I
С1
О
II
Амин- Р_ О
(II)
Gua
Амин
—I е
еиа
О
и, Ш II
. > ^Р~О—| еиа
или Ш I
ОН
^ -ОМе (III);
-ОН (IV);
-Амин (Х)-(Х^)
Схема 2. Общая схема получения фосфорамидатов ацикловира через фосфохлоридатные производные. ш) РОС1з, триэтилфосфат, +4°С, 2-4 ч или РОС1з, триэтилфосфат, -18°С, 4 ч; ШШ) 2 экв. воды, +4°С, 30 мин; ш) амин/МеОИ, +4°С, 2 ч; Шу) амин/г'Рг2Е1К/водный диоксан, +4°С, 2 ч.
В литературе было отмечено, что использование метанола в качестве растворителя в этой реакции является оптимальным [11], так как сводит образование побочных продуктов к минимуму. Однако получить фосфоамидаты ацикловира по схеме 2 нам не удалось. Основными продуктами в реакции конденсации фосфодихлоридата ацикловира (II) с амином, растворенным в метаноле, были диэфирное производное — метилфосфат ацикловира (III) и монофосфат ацикловира (IV). Мы предполагаем, что после обработки фосфодихлоридата (II) водой, образующийся фосфомонохлоридат ацикловира предпочтительно реагирует с метанолом, а не с амином.
Ранее нами также было показано, что если не проводить обработку фосфодихлоридата (II) водой, то схема 2 является оптимальной для получения фос-фодиамидатов нуклеозидов с выходом около 70% [10]. Однако следует отметить, что в случае ацикловира выход фосфодиамидата не столь велик и составляет не более 30%. Это можно объяснить тем, что в процессе реакции ацикловира с хлорокисью фосфора образуется 9-(2-хлорэтоксиметил)гуанин (V).
Следует отметить, что при обработке фосфодихлоридата (II) пирролидином и 30% водным аммиаком единственными продуктами реакции были фосфодипирролидат ацикловира (VI) и фосфодиа-мидат ацикловира (VII) соответственно (таблица). Следует также отметить, что соединения (VI) и (VII) были неустойчивы не только в кислых условиях, но и в слабощелочных средах (рН > 7) (условия ионооб-
647
менной и обращенно-фазовой хроматографий) они медленно гидролизовались до ацикловира (I).
Поскольку описанный выше метод не позволяет получить фосфорамидаты ацикловира с высокими выходами, мы использовали другой подход, заключающийся в обработке его активированного монофосфата подходящим амином. Активация фосфо-моноэфирных групп — одна из ключевых задач нук-леотидной химии. Известно много активирующих агентов, таких, как карбодиимиды, арилсульфохло-риды и ангидриды карбоновых кислот. В данной работе в качестве активатора фосфомоноэфирной группы монофосфата ацикловира (IV) нами был выбран трифторуксусный ангидрид (ТЕЛА) — легкодоступный и недорогой реагент. ТБАЛ известен как активатор карбоновых, фосфорных и других кислот в реакциях этерификации, проходящих в кислых условиях, где в качестве растворителя используется трифторуксусная кислота. Однако в нейтральных средах и в присутствии оснований, например в реакциях с аминами, происходит трифто-рацетилирование аминов, а не получение смешанных ангидридов соответствующих кислот [12]. В работе [13] было показано, что продуктом реакции активированного монофосфата нуклеозида с амином является сам монофосфат нуклеозида. В то же время, если проводить данную реакцию в присутствии нуклеофильного катализатора, то единственным продуктом реакции является фосфомоноами-дат нуклеозида. На основании вышесказанного для синтеза фосфоамидатов ацикловира мы использовали следующую схему (схема 3).
О
НО-Р-О ОН
Оиа
(IV)
О
О
Р3С-С-О-Р-О
'С
—I О
ОНЛ^
СН3 ) ь
I 3
N.
Оиа
(VIII)
О
^—N
О
НО-Р-О
ОН
Оиа
(IV)
II
тт Г —м ^Р-О—I Оиа Н3С N^1 ^О. I
® ОН ^ ^ (IX)
О
II
амин- Р_ О—| Оиа
Он ^
Схема 3. Активация монофосфата ацикловира и взаимодействие активированного производного с аминами. г) (Ср3СО)2О, триэтиламин, DMF, ?комн , 20 мин; гг) Ме1т, триэтиламин, ацетонитрил, ?комн , 10 мин; ш) амин/диоксан.
а
ь
На первой стадии монофосфат ацикловира (IV) реагирует с ТЕЛА, давая смешанный ангидрид (VIII). Эта реакция практически необратима, так как нук-леофильность слабой (по второй ступени диссоциации) кислоты (IV) на порядки выше нуклеофильно-
сти сильной трифторуксусной кислоты. На второй стадии реакции нуклеофильный катализатор (мети-лимидазол) может атаковать смешанный ангидрид (VIII) по двум электрофильным центрам: по С-атому карбонильной группы (путь а) и по Р-атому фос-
Структуры синтезированных фосфорамидатов ацик-ловира
O
O
1 11 R— P-O
N
NH
Л
N NH2
R2
Соединение R1 R2
(
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.