Hypercoordinated germanium complexes with ligands containing hydroxyalkyl groups

Толық мәтін

Введение

Германий является биологически активным микроэлементом и содержится практически во всех органах и тканях организма человека. Сверхмалые дозы германия жизненно важны для иммунной системы [1]. За последние десятилетия синтезировано огромное количество органических производных германия, в том числе соединений, обладающих широким спектром биологической активности [2–11]. В их ряду наибольшую известность получил бис-2-карбоксиэтил сесквиоксид германия (Ge-132), с которого началось активное изучение биологической активности органических соединений германия и их применение в комплексной терапии рака [11–14].

Соединения германия с гидроксиалкиламинами, содержащими трансаннулярную донорно-акцепторную связь N → Ge, широко известны как герматраны [2]. 1-Герматранол гидрат [OHGe(OCH₂CH₂)₃N] · H₂O является наиболее изученным представителем герматранов. Его синтез основан на простом взаимодействии диоксида германия с триэтаноламином в воде [15]. Многолетние исследования показали, что 1-герматранол гидрат стимулирует иммунную систему, может применяться для профилактики пародонтита, гингивита и кариеса, оказывает актопротекторное и антиоксидантное действие, активирует триптофанил-тРНК-синтетазу, интенсифицирует рост растений [16–20].

Цель настоящей работы заключалась в получении новых биологически активных аналогов герматранов с гидроксиалкиламинами, сульфо- и аминокислотами, содержащими гидроксиалкильные группы. Для синтеза новых соединений были выбраны следующие прекурсоры: трис(гидроксиметил)аминометан (TRIS), бис(2-гидроксиэтил)амино-трис(гидроксиметил)метан (BIS-TRIS), N-бензилэтаноламин (BEA), N-(2-гидроксиэтил)этилендиамин (HEED), N,N,N′N′-тетракис(2-гидроксиэтил)этилендиамин (THEED), N,N,N′,N′-тетракис(2-гидроксипропил)этилендиамин (THPED), бис(2-гидроксиэтил)глицин (BICINE), N-(трис(гидроксиметил)метил)глицин (TRICINE), N,N-бис(2-гидроксиэтил)-2-аминоэтансульфоновая кислота (BES).

Гидроксиалкиламины широко востребованы в синтезе биологически активных соединений [21], металлорганических каркасных структур [22–26], наноразмерных частиц металлов [27–30], в составе защитных композиционных материалов [31–33] и др. Выбор данных соединений обусловлен тем, что большинство из них относятся к малотоксичным буферам Гуда, широко используемым в биохимии и молекулярной биологии [34–36]. Их соли с протонными кислотами относятся к востребованному в научных и технических областях классу протонных ионных жидкостей. В частности, соли TRIS, BIS-TRIS, BEA и THEED с карбоновыми кислотами являются эффективными буферными агентами в реакциях ⁶⁸Ga-радиомечения биомолекул, используемых в синтезе радиофармпрепаратов [37–40].

Ранее нами было установлено, что взаимодействие оксида германия с THEED приводит к образованию шестикоординированного комплекса [OHGe(OC₂H₄)₂NC₂H₄N(C₂H₄O)(C₂H₄OH)] · 3H₂O [41]. В настоящей работе впервые представлены результаты in vitro исследования противовирусной активности 1-герматранол гидрата (1) и его новых структурных аналогов с гидроксиалкиламинами, сульфо- и аминокислотами 2–10 (рис. 1) в отношении штамма вируса гриппа А/Aichi/2/68 (H3N2).

 

Рис. 1. Строение соединений 1–10.

 

Экспериментальная часть

Синтез соединений 1–10. 1-Герматранол гидрат (1) был синтезирован по известной методике [15, 42] взаимодействием эквимолярных количеств ТЕА с GeO₂ в водном растворе. Продукт выделен в виде бесцветных кристаллов с выходом 95%.

Соединение 2 получено аналогично соединению 1 с использованием 1.07 г (8.9 ммоль) TRIS и 0.93 г (8.9 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка белого цвета с выходом 80% (1.98 г). Результаты элементного анализа представлены ниже.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	18.05;	6.39;	4.88.
Для C4H17GeNO8 рассчитано, ٪:	17.17;	6.12;	5.01.

 

ИК-спектр¹, см^–1: 3231 (уш, оч. с), 2937 (с), 2865 (с), 2391 (сл), 2352 (сл), 2301 (сл), 2107 (сл), 1628 (с), 1592 (с), 1525 (сл), 1489 (ср), 1458 (с), 1386 (с), 1347 (сл), 1295 (сл), 1252 (ср), 1196 (сл), 1066 (оч. с.), 1020 (с), 976 (сл), 896 (сл), 860 (сл), 778 (уш, с), 675 (сл), 589 (ср), 492 (ср), 450 (ср), 425 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 1.12 т (2H, ²J_H–H = 7.1, –CH₂O), 3.58 м (4H, –OCH₂). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 16.80 (–CH₂), 58.33 (–CNH₂), 61.64 (–OCH₂).

Соединение 3 получали аналогично соединению 1, используя 1.41 г (6.7 ммоль) BIS-TRIS и 0.71 г (6.7 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка белого цвета с выходом 78% (1.76 г). Результаты элементного анализа представлены ниже.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	30.03;	6.76;	4.05.
Для C8H21GeNO8 рассчитано, ٪:	28.95;	6.38;	4.22.

 

ИК-спектр, см^–1: 3375 (уш, оч. с), 3275 (уш, оч. с), 2991 (сл), 2973 (сл), 2947 (ср), 2885 (с), 2862 (с), 2708 (сл), 1633 (сл), 1486 (с), 1442 (с), 1384 (ср), 1358 (ср), 1306 (ср), 1262 (ср), 1226 (ср), 1196 (сл), 1167 (ср), 1144 (сл), 1079 (оч. с), 1040 (оч. с), 1022 (оч. с), 976 (с), 938 (ср), 927 (ср), 896 (с), 835 (ср), 745 (ср), 721 (сл), 685 (ср), 639 (оч. с), 618 (с), 589 (ср), 474 (сл), 449 (сл) 433 (ср), 417 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 2.90 д (2H, ²J_H–H = 6.5, –CH₂O), 3.43 д (2H, ²J_H–H = 5.8, –CH₂O), 3.73 м (10H, OCH₂, NCH₂). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 48.28 (–CH₂O), 57.89 (–NCH₂), 58.96 (–OCH₂), 66.25 (–CN).

Соединение 4 получали аналогично соединению 1, используя 0.110 г (0.73 ммоль) BEA и 0.076 г (0.73 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка белого цвета с выходом 76% (0.19 г). Ниже даны результаты элементного анализа.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	31.58;	6.91;	4.28.
Для C9H23GeNO8 рассчитано, ٪:	31.25;	6.70;	4.05.

 

ИК-спектр, см^–1: 3372 (уш, с), 3282 (уш, с), 3061 (с), 3027 (с), 2932 (с), 2844 (с), 2661 (ср), 1605 (с), 1497 (ср), 1453 (оч. с), 1412 (сл), 1361 (ср), 1260 (сл), 1211 (ср), 1156 (сл), 1074 (оч. с), 1025 (сл), 1002 (сл), 896 (с), 860 (с), 780 (оч. с), 747 (оч. с), 696 (оч. с), 595 (ср), 482 (оч. с), 443 (оч. c), 412 (ср).

¹H ЯМР-спектр (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 2.92 т (2H, –NCH₂), 3.68 т (2H, –OCH₂), 3.99 с (2H, –CH₂), 7.35 м (5H, –C₆H₅). ¹³С ЯМР-спектр (D₂O, ä, м.д.): 48.63 (–CH₂), 51.25 (–NCH₂), 57.76 (–OCH₂), 128.81–133.47 (–C_Ar).

Соединение 5 получали аналогично соединению 1, используя 0.100 г (0.96 ммоль) HEED и 0.101 г (0.96 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка желтого цвета с выходом 84% (0.198 г). Результаты элементного анализа представлены ниже.

 

	С	Н	N
Найдено, ٪:	20.05;	7.07;	11.62.
Для C4H16GeN2O5 рассчитано, ٪:	19.62;	6.59;	11.44.

 

ИК-спектр, см^–1: 3402 (уш, оч. с), 2935 (сл), 2887 (сл), 1629 (ср), 1587 (с), 1474 (с), 1410 (ср), 1324 (с), 1162 (сл.), 1121 (сл), 1060 (с), 928 (сл), 892 (ср), 777 (с), 743 (ср), 594 (сл), 490 (с), 447 (с).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 2.61–3.55 м (6H, CH₂O, CH₂NH, CH₂NH), 3.56–3.88 м (2H, CH₂NH₂). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 38.23 (–CH₂NH₂), 46.75 (–CH₂NH–), 49.65 (–NHCH₂OCH₂–), 59.14 (–OCH₂).

Соединение 6 получали аналогично соединению 1, используя 0.226 г (0.96 ммоль) THEED и 0.100 г (0.96 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде бесцветных кристаллов с выходом 94% (0.340 г). Ниже приведены результаты элементного анализа.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	31.52;	7.73;	7.29.
Для C10H28GeN2O8 рассчитано, ٪:	31.86;	7.49;	7.43.

 

ИК-спектр, см^–1: 3370 (уш, оч. с), 2950 (ср), 2863 (с), 2727 (сл), 2699 (сл), 2580 (сл), 2227 (ср), 1675 (с), 1629 (сл), 1598 (сл), 1467 (с), 1437 (с), 1374 (ср), 1307 (с), 1272 (ср), 1245 (ср), 1164 (сл), 1103 (оч. с), 1062 (оч. с), 1042 (с), 1008 (с), 941 (ср), 927 (с), 897 (ср), 874 (ср), 813 (ср), 747 (ср), 706 (сл), 634 (оч. с), 599 (с), 562 (с), 546 (ср), 519 (с), 437 (ср), 422 (ср).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 2.73–3.45 м (12H, NCH₂), 3.59–4.10 м (8H, CH₂O). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 52.07, 53.90, 54.76 (–OCH₂), 55.23, 56.85, 56.98 (NCH₂), 57.34 (–H₂C–CH₂–), 58.31 (–NCH₂–), 58.58 (–NCH₂–), 60.63 (–CH₂OH).

Соединение 7 получали аналогично соединению 1, используя 0.100 г (0.34 ммоль) THPED и 0.036 г (0.34 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка белого цвета с выходом 93% (0.138 г). Данные элементного анализа представлены ниже.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	39.12;	8.55;	6.75.
Для C14H36GeN2O8 рассчитано, ٪:	38.83;	8.38;	6.47.

 

ИК-спектр, см^–1: 3402 (уш, оч. с), 2967 (оч. с), 2924 (с), 2868 (с), 2628 (ср), 1660 (ср), 1463 (с), 1374 (с), 1340 (ср), 1288 (сл), 1148 (оч. с), 1105 (ср), 1056 (оч. с), 983 (с), 938 (с), 861 (с), 641 (оч. с), 583 (сл), 557 (сл), 519 (сл), 474 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 0.90–1.36 м (12H, CH₃), 2.36–3.49 м (12H, NCH₂), 3.59–4.44 м (4H, CH). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 20.40, 20.58, 21.49, 22.04 (–CH₃), 50.67, 53.04, 54.74 (–OCH₂), 60.19, 60.89 (–NCH₂), 62.78 (–H₂C–CH₂–), 63.08 (–NCH₂–), 64.00, 64.49, 65.02 (–NCH₂–), 67.09 (–CH₂OH).

Соединение 8 получали аналогично соединению 1, используя 0.120 г (0.74 ммоль) BICINE и 0.077 г (0.74 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка светло-розового цвета с выходом 91% (0.20 г). Ниже показаны результаты элементного анализа.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	24.17;	6.02;	4.85.
Для C6H17GeNO8 рассчитано, ٪:	23.72;	5.64;	4.61.

 

ИК-спектр, см^–1: 3424 (уш, оч. с), 3264 (уш, с), 3112 (ср), 2942 (ср), 2888 (ср), 1731 (оч. с), 1636 (оч. с), 1458 (ср), 1393 (ср), 1344 (с), 1268 (оч. с), 1164 (сл), 1087 (оч. с), 1056 (оч. с), 1015 (ср), 982 (сл), 925 (с), 899 (ср), 855 (оч. с), 752 (ср), 698 (сл), 659 (оч. с), 629 (оч. с), 585 (сл), 557 (сл), 499 (ср), 430 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 3.36 т (4H, –NCH₂), 3.79 с (2H, –CH₂), 3.83 т (4H, –OCH₂). Спектр ЯМР ¹³С (D₂O, ä, м.д.): 55.18 (–NCH₂), 56.16 (–OCH₂), 56.32 (–CH₂), 170.26 (–C=O).

Соединение 9 получали аналогично соединению 1, используя 0.130 г (0.73 ммоль) TRICINE и 0.076 г (0.73 ммоль) GeO_2. Продукт был выделен в виде порошка светло-розового цвета с выходом 77% (0.17 г). Результаты элементного анализа представлены ниже.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	24.36;	5.61;	4.83.
Для C6H15GeNO8 рассчитано, ٪:	23.88;	5.01;	4.64.

 

ИК-спектр, см^–1: 3411 (уш, оч. с), 2960 (ср), 2877 (ср), 2440 (сл), 1644 (оч. с), 1391 (с), 1347 (с), 1244 (сл), 1144 (сл), 1056 (оч. с.), 927 (ср), 845 (с), 745 (ср), 688 (сл), 644 (сл), 600 (с), 541 (ср), 492 (сл), 420 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 3.61 c (2H, –NCH₂), 3.68 c (6H, OCH₂).¹³С ЯМР-спектр (D₂O, ä, м.д.): 58.26 (–NCH₂), 65.32 (–OCH₂), 171.26 (–C=O).

Соединение 10 получали аналогично соединению 1, используя 0.100 г (0.47 ммоль) BES и 0.049 г (0.47 ммоль) GeO₂. Продукт был выделен в виде порошка белого цвета с выходом 93% (0.14 г). Ниже приведены результаты элементного анализа.

 

	С	Н	N
Найдено, %:	23.10;	5.12;	4.78.
Для C6H15GeNO7S рассчитано, ٪:	22.67;	4.76;	4.41.

 

ИК-спектр, см^–1: 3401 (уш, оч. с), 3048 (с), 3012 (сл), 2975 (ср), 2922 (ср), 2854 (ср), 2654 (сл), 1630 (сл), 1471 (с), 1437 (ср), 1417 (ср), 1388 (ср), 1332 (ср), 1298 (сл), 1244 (с), 1223 (с), 1205 (оч. с), 1159 (оч. с), 1090 (с), 1059 (с), 1033 (оч. с), 1012 (ср), 961 (ср), 889 (с), 866 (оч. с), 765 (ср), 737 (с), 647 (ср), 589 (с), 533 (с), 517 (с), 494 (ср), 415 (сл).

Спектр ЯМР ¹H (D₂O, ä, м.д., J, Гц): 3.32 т (2H, CH₂), 3.41 т (4H, NCH₂), 3.67 т (2H, CH₂S), 3.89 т (4H, OCH₂). ¹³С ЯМР-спектр (D₂O, ä, м.д.): 44.51 (–CH₂), 49.97 (–CH₂S), 55.06 (–NCH₂), 55.41 (–OCH₂).

Материалы и методы. Реагенты для синтеза соединений 1–10 были приобретены у следующих компаний: Sigma-Aldrich (BIS-TRIS, BEA, HEED, THPED, BES, BICINE, TRICINE и BIS-TRIS), ThermoScientific (THEED) и АО “Вектон” (GeO₂, TEA и TRIS). Реагенты имели аналитическую чистоту и использовались без дополнительной очистки.

Элементный анализ на азот, углерод и водород выполняли на элементном анализаторе EuroEA3028-HT (EuroVector, Италия) методом сжигания образца в токе кислорода. Процентное содержание воды в образцах измеряли на кулонометрическом титраторе Фишера ПЭ-9210 (ячейка с диафрагмой) производства “Экросхим” (Россия). ИК-спектры регистрировали в таблетках KBr на ИК-Фурье-спектрометре ФСМ 2201 (Инфраспек, РФ) в спектральной области 4000–500 см^–1. Спектры ¹H, ¹³C ЯМР снимали в растворах D₂O на спектрометре BrukerAvance III (400.13 (¹Н), 100.613 MГц (¹³С)). Химические сдвиги были измерены относительно остаточных сигналов воды (4.79 м.д. для ¹Н) [43].

Кривые термогравиметрического анализа (ТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) были получены на установке синхронного термоанализатора Netzsch 449 С (Германия) в интервале температур 40–950 °С со скоростью нагрева 10 град/мин в динамической атмосфере воздуха (поток воздуха 50 мл/мин).

Эксперимент in vitro. Для определения вирусной нагрузки использовали клеточную культуру почки спаниеля MDCK (Madin-Darby canine kidney) как наиболее чувствительную и пермиссивную в отношении различных вирусов гриппа человека. Клеточная линия MDCK London Line (пассаж 8/8) получена из Influenza Reagent Resource (CDC&P, Atlanta, Georgia, США, кат. № FR-58). После получения проведен один пассаж клеточной культуры с целью ее восстановления и создания коллекционного банка, проведен также второй пассаж культуры для создания рабочего банка. Клетки были разморожены из криопробирки и использованы на пассажном уровне 3.

На 100 мл среды DМЕМ (питательная среда DМЕМ с глутамином, Биолот, СПб, РФ) вносили 1 мл раствора антибиотиков (ципрофлоксацин производства “Синтез”, Курган) и 0.1 мл раствора TPCK-трипсина (конечная концентрация в среде 4 мкг/мл).

Вирус гриппа А/Aichi/2/68 (H3N2) получен из рабочей коллекции лаборатории химиотерапии вирусных инфекций ФГБУ “НИИ гриппа” Минздрава России, накоплен в куриных эмбрионах.

Вирус гриппа после адаптации был размножен в аллантоисной полости 10-дневных развивающихся куриных эмбрионов, после чего жидкость была собрана, осветлена при помощи центрифугирования и расфасована по аликвотам объемом 1 мл. Все аликвоты сделаны из единого стока аллантоисной жидкости и одномоментно заморожены при -80°С.

Статистический анализ проводили с использованием программного пакета GraphPadPrism и Microsoft Office Excel. Для анализа противовирусной активности соединений применяли метод нелинейной регрессии и определяли, насколько выбранные концентрации тестируемого препарата снижали титр вируса в клетках. На основании этих данных рассчитывали эффективную концентрацию препарата, которая снижает титр вируса на 50% (EC₅₀).

Для характеристики перспективности соединений использовали показатель ХТИ (химиотерапевтический индекс), который определяется как отношение ЦТД₅₀ (доза в лунке, при которой погибает 50% клеток) к EC₅₀. Дополнительным критерием противовирусной активности является снижение титра вируса в наименьшей нетоксичной концентрации препарата на 2lgТИД₅₀ (50% тканевых инфекционных доз) и более.

Дизайн эксперимента по определению цитотоксичности соединений 1–10. Соединения взвешивали в количестве 2 мг и растворяли в 100 мкл ДМСО. Далее полученный раствор доводили средой до концентрации 1000 мкг/мл и готовили из него серию двукратных разведений.

Односуточную культуру клеток MDCK, выращенную в 96-луночных планшетах (концентрация клеток 6 · 10⁵/лунку планшета), проверяли визуально на инвертированном микроскопе на целостность монослоя. В работу отбирали планшеты, где сомкнутость клеток составляла ≥95%. Планшеты двукратно промывали теплой средой ДМЕМ, не содержащей сыворотки, после чего на клетки монослоя в планшете вносили разведения препаратов соответствующей концентрации объемом 100 мкл в каждую лунку. Процедуру выполняли 2 раза для каждой тестируемой концентрации. Планшеты инкубировали в течение 3 сут при температуре 37°С в присутствии 5% СО₂.

Жизнеспособность клеток оценивали при помощи микротетразолиевого теста (МТТ), который основан на восстановлении МТТ (желтый водорастворимый тетразолиевый краситель) под действием дегидрогеназ живых клеток с образованием голубых кристаллов формазана, количество которого измеряется спектрофотометрически. Раствор МТТ готовили в физиологическом растворе в концентрации 0.5 мг/мл. Перед внесением раствора МТТ клетки промывали 0.1 мл физиологического раствора. Далее вносили 0.1 мл раствора МТТ в каждую лунку. После 1.5 ч контакта МТТ при 37°С и концентрации СО₂ 5% с клетками лунки промывали и заливали 0.1 мл 96%-ного этилового спирта, после чего измеряли оптическую плотность в лунках на планшетном ридере при длине волны 535 нм.

На основании полученных данных рассчитывали ЦТД₅₀, т. е. дозу препарата в лунке, при которой погибает 50% клеток.

Дизайн эксперимента по оценке противовирусной активности соединений 1–10 in vitro на культуре клеток. Готовили серию трехкратных разведений соединений 1–10 на поддерживающей среде и наносили на культуру клеток в объеме 100 мкл, после чего инкубировали в течение 1 ч в темноте в СО₂-инкубаторе при 37°С и 5% СО₂, затем добавляли серию 10-кратных разведений вируса и инкубировали в течение 3 сут в СО₂-инкубаторе при 37°С и 5% СО₂. После инкубации культуральную среду отбирали и определяли в ней количество вируса с помощью реакции гемагглютинации, для этого культуральную среду переносили в соответствующие лунки иммунологических планшетов с U-образным дном и добавляли равный объем 1%-ной суспензии куриных эритроцитов в физиологическом растворе. По истечении 40 мин визуально оценивали наличие или отсутствие гемагглютинации в лунках. Титр вируса рассчитывали по методу Рида и Менча и выражали в 50%-ных тканевых инфекционных дозах (ТИД₅₀) на 100 мкл объема [44]. Противовирусную активность оценивали по снижению титра вируса в опыте, по сравнению с контролем.

In silico ADME- и PASS-анализ. Веб-программу SwissADME, предоставленную Швейцарским институтом биоинформатики (Лозанна, Швейцария) [45], использовали для прогнозирования физико-химических и фармакокинетических свойств соединений.

Профили фармакологической активности были предсказаны с использованием программного обеспечения PASS [46, 47]. PASS — это веб-программа, используемая для прогнозирования спектра биологической активности на основе структурной формулы вещества.

Результаты и обсуждение

В результате одностадийной реакции GeO₂ с гидроксиалкиламинами, сульфо- и аминокислотами было синтезировано девять новых аналогов (2–10) 1-герматранол гидрата (1), строение которых представлено на рис. 1. Элементный анализ и анализ содержания H₂O по К. Фишеру свидетельствует о том, что синтезированные соединения выделены в виде кристаллогидратов, как и соединение 1. ИК-спектры соединений 2–10 были исследованы в интервале длин волн 4000–500 см^–1. Уширенные и интенсивные полосы в области 3500–3200 см^–1 соответствуют валентным колебаниям í(OH)-групп, связанных с атомом германия, OH-групп гидроксиалкиламинов (некоординированных) и молекул воды. В этой области также проявляются валентные колебания N–H-связей, которые содержат соединения 2, 4 и 5. Группа полос в интервале 3000–2700 см^–1 соответствует валентным колебаниям связей C–H. В случае соединения 4 валентные колебания C_Ar–H ароматического кольца проявляются в более высокочастотной области 3100–3000 см^–1. Полосы в области 1675–1590 см^–1, присутствующие во всех ИК-спектрах, относятся к деформационным колебаниям ä(OH)-групп. В случае соединений 2, 4 и 5 в этой области также проявляются полосы, связанные с деформационными колебаниями ä(NH₂)- и ä(NH)-групп. В случае соединений 8 и 9 валентные колебания í(COO)-групп проявляются в виде очень интенсивных полос в области 1730–1630 см^–1. Валентные колебания í(S = O) соединения 10 фиксируются в виде группы полос высокой интенсивности в интервалах 1210–1160 и 890–860 см^–1. В целом, полосы в ИК-спектрах соединений 2–10 хорошо согласуются со спектральными данными герматранов [48–50]. Во всех исследуемых ИК-спектрах наблюдаются полосы в области 1525–1200 см^–1, связанные с колебаниями групп ä(C–H), ñ(C–H) и ù(C–H). Интенсивные полосы в области 1100–1000 см^–1 относятся к валентным колебаниям связей O–C, N–C и С–С. Валентные колебания связей Ge–O присутствуют в спектральных диапазонах 700–630 см^–1 (í_as) и 595–520 см^–1 (í_s) в виде полос сильной и средней интенсивности.

Как известно из работы [2], в спектре ЯМР ¹H сигналы герматранового остова N(CH₂CH₂O)₃GeX проявляются в виде двух уширенных триплетов. Так, в ¹Н ЯМР-спектре 1-герматранол гидрата наблюдаются два триплета при 3.0 и 3.8 м. д. При переходе к соединениям 2–10 вид спектров существенно изменяется из-за наличия дополнительных гидроксиалкильных или функциональных (CO₂, SO₃) групп. Так, в спектре соединения 4 появляются дополнительные сигналы при 4.0 и 7.3 м. д., соответствующие группе CH₂C₆H₅. В случае соединений 2, 3, 5–7 сигналы герматранового остова проявляются в виде сложных мультиплетов. В спектрах соединений 8 и 10 фрагмент N(CH₂CH₂O)₂Ge также проявляется в виде двух триплетов, но с дополнительными сигналами в виде синглета от CH₂CO₂-группы (соединение 8) и двух триплетов фрагмента NCH₂CH₂SO₃ (соединение 10). В случае соединения 9 наблюдаются два уширенных синглета при 3.6 м.д. (CH₂CO₂) и 3.7 м. д. (CCH₂O). Если сравнить ¹H ЯМР-спектры соединений 1–10 со спектрами исходных гидроксиалкиламинов, то можно отметить небольшой слабопольный сдвиг сигналов протонов и повышение их мультиплетности, обусловленное дополнительным спин-спиновым взаимодействием ¹H–⁷³Ge.

Термическое поведение новых соединений было исследовано в интервале температур 40–950°С в атмосфере воздуха. Из литературы известно [15, 42], что 1-герматранол гидрат имеет температуру плавления в области 156–159°С, а его термическая деструкция наступает в интервале 240–265°С [51]. Действительно, на ДСК-кривой соединения 1 наблюдается уширенный эндотермический эффект в области температур 160–200°С с максимумом при 179°С, вероятно, связанный с процессом плавления. Однако на кривой ТГ образец начинает терять массу уже после 85 °С, и в интервале температур 85–219°С потеря массы составляет 12.1%. В этой области температур на ДСК-кривой также наблюдается эндотермический эффект при 128°С. Вероятно, данная стадия термической деструкции связана с потерей как физически связанной, так и кристаллизационной H₂O. Основная стадия деструкции соединения 1, связанная с разрушением герматранового остова, наступает после 250°С и сопровождается потерей 35% массы в интервале температур 250–454°С. Термическое поведение соединений 5–7 было исследовано нами ранее [41]. Для них также наблюдалась небольшая потеря массы (~ 5–10%) до 100°С, связанная с удалением адсорбционной H₂O. Схожий характер термической деструкции наблюдался и для соединений 2–4, 8–10 (табл. 1). Первая стадия потери массы, которая начинается до 100°С, соответствует удалению воды. Далее в интервале температур 170–300°С наступает основная стадия термической деструкции, которая сопровождается уширенным экзотермическим эффектом с максимумом в области 312–385°С, связанным с горением органических фрагментов. На последней стадии термической деструкции после 780°С на ДСК-кривых присутствует заметный экзотермический эффект в области 844–873°С, связанный с догоранием органического остатка. Конечным продуктом деструкции после нагревания образцов до 950°С является порошок белого цвета, соответствующий оксиду герма- ния(IV).

 

Таблица 1. Данные термического анализа образцов 2–4, 8–10

Соединение	Интервал температур, °С (потеря массы, ٪)	Экзо-(↓) и эндотермические (↑) эффекты*, °С
2	68–243 (–12.1) 243–414 (–31.8) 414–810 (–37.0) 810–885 (–16.3)	357 ↓ уш; 866 ↓ оч. с
3	100–298 (–10.8) 298–541 (–42.0) 541–786 (–18.1) 786–915 (–11.0)	385 ↓ уш; 610 ↓ уш, 845–872 ↓уш
4	76–568 (–56.7), 568–940 (–14.8)	312 ↓ уш, 873 ↓ ср
8	90–178 (–10.0) 178–802 (–52.6) 802–882 (–13.3)	106 ↑ сл, 320 ↓ уш, 862 ↓ с
9	80–218 (–13.5) 218–793 (–51.0) 793–871 (–19.5)	321 ↓ уш, 855 ↓ с
10	72–174 (–2.4) 174–422 (–46.1) 422–614 (–24.5) 614–875 (–12.5)	146 ↑ ср, 321 ↓ ср, 507 ↓ уш, 844 ↓ с

* Уш – уширенный; оч. с – очень сильный; с – сильный; ср – средний; сл – слабый.

 

С использованием ADME-анализа in silico были исследованы физико-химические и фармакокинетические свойства соединений 1–10 (без учета молекул H₂O, табл. 2 и 3). Как видно из табл. 2, все исследуемые соединения полностью соответствуют критериям “правила пяти” Липинского: молекулярная масса <500 а.е.м., число донорных и акцепторных водородных связей не более 5 и 10 соответственно, коэффициент распределения октанол–вода (lgP ) < 5. Топологическая полярная площадь поверхности синтезированных соединений ниже 140 Ų и варьируется в интервале 51–108 Ų, в зависимости от состава. Как правило, молекулы с полярной площадью поверхности >140 Ų плохо проникают через клеточные мембраны [52]. Однако ни одно из рассмотренных соединений не способно преодолеть гематоэнцефалический барьер. Благодаря содержанию полярных групп соединения 1–10 классифицированы как хорошо растворимые в воде, что подтверждают экспериментальные данные. Предсказано, что соединения 1, 2, 4, 5, 7, 8 и 10 будут обладать высокой абсорбцией в желудочно-кишечном тракте. В то же время все соединения показали низкие значения коэффициента кожной проницаемости (lgK_p) в диапазоне от -9.66 до -8.18, что указывает на низкую вероятность проникновения вещества через эпидермис. Показатель биодоступности для всех соединений, как и для большинства соединений, соответствующих правилу Липинского, составил 0.55, т. е. >50% введенного препарата попадет в системный кровоток. Индекс синтетической доступности для большинства соединений оказался <6, что согласуется с простым подходом к их получению.

 

Таблица 2. ADME физико-химические свойства безводных соединений 1–10 (M — молекулярная масса; lgP – коэффициент распределения октанол—вода; TPSA — топологическая полярная площадь поверхности; HBA — число акцепторных водородных связей; HBD — число донорных водородных связей; RB – количество вращающихся связей; Vio — количество исключений правила Липинского)

Соединение	М, г/моль	lgP	TPSA, Å2	HBA	HBD	RB	Правило Липинского (Vio)
1	235.81	–1.07	51.16	5	1	0	Да (0)
2	225.7	–2.23	105.17	6	4	1	Да (0)
3	295.86	–1.99	91.62	7	3	2	Да (0)
4	273.6	0.53	81.95	5	4	6	Да (0)
5	226.8	–2.27	107.97	6	5	6	Да (0)
6	322.93	–1.64	74.63	7	2	2	Да (0)
7	379.04	–0.69	74.63	7	2	2	Да (0)
8	249.80	–1.25	68.23	6	1	0	Да (0)
9	265.79	–1.91	97.25	7	3	1	Да (0)
10	299.88	–1.33	93.68	7	1	0	Да (0)

 

Таблица 3. ADME фармакокинетические свойства безводных соединений 1–10 (lgS – растворимость в воде; lgK_p – проникновение через кожу; GIA – всасывание через желудочно-кишечный тракт; BBB – проникновение через гематоэнцефалический барьер; BAS – показатель биодоступности; SA – синтетическая доступность)

Соединение	lgS (ESOL)	lgKp	GIA	BBB	BAS	SA
1	–0.86	–8.24	Высокая	Нет	0.55	4.73
2	0.58	–9.66	Высокая	Нет	0.55	3.71
3	–0.16	–9.66	Низкая	Нет	0.55	5.20
4	–1.25	–8.18	Высокая	Нет	0.55	2.15
5	0.8	–9.62	Высокая	Нет	0.55	2.97
6	–0.86	–9.23	Низкая	Нет	0.55	5.51
7	–2.30	–8.34	Высокая	Нет	0.55	6.21
8	–0.99	–8.27	Высокая	Нет	0.55	4.69
9	–0.22	–9.27	Низкая	Нет	0.55	4.92
10	–0.99	–8.93	Высокая	Нет	0.55	5.56

 

PASS-анализ был использован для оценки спектра фармакологической активности соединений 1–10. Как и ожидалось, для 1-герматранола гидрата предсказан широкий спектр биологической активности (с вероятностью >0.7): лечение аутоиммунных заболеваний, функциональных заболеваний органов пищеварения, тревожно-фобических расстройств, обезболивающее действие, противовирусная активность (гепатит В). Экспериментальные данные подтверждают, что 1-герматранол гидрат является перспективным в качестве лекарственного средства, обладающего адаптогенной и иммуномодулирующей активностью [16]. Анализ соединений 2–10 показал, что большинство из них будут эффективны в лечении аутоиммунных заболеваний и тревожно-фобических расстройств и с вероятностью >0.7 будут обладать антигипоксической активностью. Для соединений 4 и 5 предсказана противовирусная активность (гепатит В), как и для соединения 1.

На следующем этапе был проведен in vitro первичный скрининг (табл. 4) противовирусной активности соединений 1–10 в отношении вируса гриппа А/Aichi/2/68 (H3N2). Данный штамм широко используется при оценке защитной эффективности лекарственных средств и иммунобиологических препаратов [53, 54].

 

Таблица 4. Противовирусная активность соединений 1–10 в отношении вируса гриппа А/Aichi/2/68 (H3N2) in vitro

Соединение	ЦТД50, мкг/мл	EC50, мкг/мл	ХТИ	Снижение титра вируса в максимальной дозе, lg ТИД50
1	597.1	>500	1.19	0
2	867.9	132	6.58	1
3	371.5	354	1.05	0
4	547.3	87.6	6.25	1
5	579.7	523	1.11	0.5
6	571.6	>500	1.14	0
7	556.2	265	2.10	0.5
8	566.6	>500	1.13	0
9	551.9	124	4.45	0.5
10	531.8	>500	1.06	0

 

Как следует из полученных данных, большинство исследуемых соединений, включая 1-герматранол гидрат, проявляют слабую противовирусную активность. В частности, значения ХТИ для соединений 1, 3, 5–8 и 10 варьируются в диапазоне 1.05–2.10. Следует отметить, что если препарат имеет ХТИ < 1, то это практически неактивное вещество в отношении вируса. Однако в ряду синтезированных комплексов противовирусная активность соединений 2, 4 и 9 оказалась существенно выше (табл. 4). Следует также отметить, что соединения 2 и 9 являются производными трис(гидроксиметил)аминометана, координационные и органические соединения которого обладают широким спектром биологической активности [55–58]. При этом ХТИ соединений 2 и 4 оказался наиболее близким к пороговому значению 8, соответствующему высокой противовирусной активности.

Заключение

Таким образом, синтезирована серия координационных соединений германия с гидроксиалкиламинами, амино- и сульфокислотами, содержащими гидроксиалкильные группы. Соединения выделены в виде кристаллогидратов, они содержат донорно-акцепторную связь N → Ge и атрановый остов, что структурно приближает их к 1-герматранол гидрату и его квазианалогам. In silico анализ показал, что все соединения потенциально являются перорально активными водорастворимыми веществами с широким спектром фармакологической активности. In vitro эксперимент продемонстрировал эффективность двух соединений – гидроксикомплексов германия с TRIS (2) и BEA (4) в отношении вируса гриппа А/Aichi/2/68 (H3N2).

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания Института химии силикатов РАН при поддержке Минобрнауки России (тема № 0081-2022-0005).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

 

¹ Характеристики полос в ИК-спектрах: уш – уширенная; оч. с — очень сильная; с – сильная, ср – средняя, сл – слабая.

Авторлар туралы

Yu. Kondratenko

I.V. Grebenshchikov Institute of Solid State Chemistry UB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: kondratencko.iulia@yandex.ru
Ресей, Saint Petersburg

D. Lezov

I.V. Grebenshchikov Institute of Solid State Chemistry UB RAS

Email: kondratencko.iulia@yandex.ru
Ресей, Saint Petersburg

A. Stro

Smorodintsev Scientific Research Institute of Influenza of the Ministry of Health of Russia

Email: kondratencko.iulia@yandex.ru
Ресей, Saint Petersburg, 197376

V. Ugolkov

I.V. Grebenshchikov Institute of Solid State Chemistry UB RAS

Email: kondratencko.iulia@yandex.ru
Ресей, Saint Petersburg

T. Kochina

I.V. Grebenshchikov Institute of Solid State Chemistry UB RAS

Email: kondratencko.iulia@yandex.ru
Ресей, Saint Petersburg

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар