Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. QSAR-моделирование ингибиторов биосинтеза нуклеиновых кислот и простагландинов. В настоящем исследовании с использованием программы GUSAR 2013 выполнено QSAR моделирование ингибиторов тимидилатсинтазы мышей антифолатного типа, дигидропиримидиндегидрогеназы мышей, тимидинкиназы ВПГ-1 и ВПГ-2 клеток HeLa, тимидилаткиназы Mycobacterium tuberculosis, уридинфосфорилазы мышей, дезоксиуридинтрифосфатазы человека, изомерных форм циклооксигеназ и антиоксидантов. В моделировании участвовали разные классы органических соединений, включая производные метилхиназолин-4-она и хиназолин-4-имина, урацила, 5-этилуридина, N2-гуанина и 6-оксопурина, N1-(4-замещенные бензил)пиримидина 3'-C-арилтиомочевины и -D-тимидина, 5-бензилурацилов, N1-замещенные производные урацила, пиррола, имидазола, циклопентенов, бензола, пиразола, спирогептена, спирогептадиена, изоксазола, ди-трет-бутилфенола, 1,2-дигидро-1-оксопирроло[3,2,1-kl]фенилтиазин-2-карбоксамида, 3-дигидро-3,3-диметилбензофурана, 3,4-дигидроксихалкона, фенола, аминофенола, ароматические амины. В общей сложности в моделировании участвовало свыше 1200 биологически активных органических соединений. В целом в результате QSAR-моделирования построено 67 консенсус-моделей QSAR, 61 из них являются валидными и статистически значимыми. Каждая из консенсус-моделей включает от 20 до 360 частных регрессионных моделей. 52 консенсус-модели QSAR из этого набора перспективны для численного прогнозирования значений pIC50 в отношении вышеназванных ферментов, за исключением дигидропиримидиндегидрогеназы. При моделировании дигидропиримидиндегидрогеназы построено 6 консенсус моделей QSAR. Однако эти модели показали низкий уровень прогноза целевого свойства на соединениях внешних и внутренних тестовых выборок, что свидетельствует о плохой моделируемости этого свойства с использованием алгоритмов программы GUSAR 2013. С использованием построенных нами статистически значимых валидных моделей QSAR из базы данных ChEMBL отобрано порядка 200 структур потенциально эффективных ингибиторов вышеназванных ферментов с прогнозируемыми значениями IC50, составляющими менее 1 мкмоль/л. Планируется дальнейшее исследование возможности ингибирования активности всех названных ферментов отобранными в ходе виртуального скрининга соединениями с использованием метода молекулярного докинга. В результате QSAR-моделирования антиоксидантов построено 9 статистически значимых консенсус-моделей QSAR, предназначенных для прогноза параметра lgk7 в ряду фенолов, аминофенолов, ароматических аминов и урацилов. Эти модели характеризуются удовлетворительной точностью прогноза параметра lgk7 для структур обучающих и тестовых выборок. Кроме того, эти модели показали высокую прогностическую способность при прогнозе параметра lgk7 для антиоксиданта из класса ароматических аминов – 8-ПФДА, который уже нашел применение в качестве антиокислительной присадки в составе синтетических каучуков. Построенные модели QSAR могут быть применимы для поиска и разработки новых антиоксидантов. Планируется продолжить исследования в этом направлении. В результате структурного анализа с использованием программы GUSAR 2013 идентифицированы функциональные группы и циклические фрагменты, позволяющие регулировать активность всех моделируемых ферментов, за исключением дигидропиримидиндегидрогеназы. В 80% случаев результаты структурного анализа в рамках программы GUSAR 2013 хорошо согласуются с данными отечественных и зарубежных исследователей. 2. Химическая модификация пиримидиновых оснований. В последнее время в мире большое внимание уделяется синтезу и изучению фармакологических свойств так называемых гибридных молекул, которые в результате сочетания двух и более биологически активных веществ могут привести к интересным результатам. К таким молекулам можно отнести и конъюгаты пиримидинов с аминокислотами и пептидами, синтезу которых посвящен данный раздел настоящего проекта. В первый год в качестве объектов исследований были выбраны следующие коммерчески доступные пиримидиновые основания – тимин и 5-фторурацил, а также 5-амино-1,3,6-триметилурацил и 5-гидрокси-1,3,6-триметилурацил, методики синтеза которых были разработаны ранее коллегами в УфИХ УФИЦ РАН. Данные пиримидиновые основания были подвергнуты функционализации путем введения в них по положениям С-5, N-1(3) остатков аминокислот и коротких пептидов с целью расширения библиотеки новых потенциально биологически активных веществ и изучения их свойств. Для 5-амино-1,3,6-триметилурацила и 5-гидрокси-1,3,6-триметилурацила наиболее удобным оказалось введение аминокислот и дипептидов через 5-амино- или 5-гидрокси-группы пиримидина. Введение N-защищенных аминокислот и дипептидов осуществляли хлорангидридным или карбодиимидным способом, в зависимости от N-протекторной группы. Для тимина и 5-фторурацила необходимо было использовать линкерные соединения. В качестве линкера на данном этапе мы использовали монохлоруксусную кислоту, которую ранее наши коллеги из УфИХ УФИЦ РАН успешно использовали для алкилирования различных производных урацила. Таким образом, по известной методике, нами получены соответствующие 5-метил-(5-фтор)-урацил-1-илуксусные кислоты, которые затем мы вводили в реакцию с предварительно синтезированными этиловыми эфирами аминокислот в ДМФА в присутствии 1,3-дициклогексилкарбодиимида. Другой удобный линкер для введения аминокислот в молекулу урацилов – этиленхлоргидрин. В связи с этим нами предварительно изучена реакция алкилирования 5-фторурацила и 6-метилурацила этиленхлоргидрином в водно-спиртовой среде в присутствии едкого кали. Установлено, что при введении в реакцию 2 экв этиленхлоргидрина с выходом 97% образуется 1,3-бис(2-гидроксиэтил)-5-фторурацил в виде густой светло-желтой жидкости и в качестве минорного продукта выделен кристаллический 3-(2-гидроксиэтил)-5-фторурацил с выходом 3%. В реакции 6-метилурацила с 2 экв этиленхлоргидрина наблюдается образование 3-(2-гидроксиэтил)-6-метилурацила и 1,3-бис(2-гидроксиэтил)-6-метилурацила в соотношении 1 : 5. При введении в реакцию с 6-метилурацилом 1 экв этиленхлоргидрина также образуются два продукта – 3-(2-гидроксиэтил)-6-метилурацил и 1-(2-гидроксиэтил)-6-метилурацил в соотношении 6 : 1. Направление алкилирования по атомам N-1 или N-3 доказано при помощи УФ спектров моно-алкилированных соединений, снятых при различных значениях pH. Далее выделенный 3-(2-гидроксиэтил)-6-метилурацил вводили в реакцию с N-Boc-защищенными аминокислотами в присутствии 1,3-дициклогексилкарбодиимида. Целевые конъюгаты с аминокислотами получали с выходами 67-80%. Все синтезированные структуры подтверждены спектрально с привлечением приборной базы ЦКП ИОХ РАН. В дальнейшем планируются биологические испытания некоторых синтезированных образцов. 3. Исследование механизма окислительных превращений природных пектинов под действием пероксида водорода и озон-кислородной смеси в водных растворах. Природные пектины и их окисленные фракции являются перспективными носителями лекарственных препаратов пролонгированного действия. Установление механизма окислительных превращений пектинов играет важную роль при определении возможностей регулирования этих процессов. В связи с этим в рамках выполнения настоящего проекта проведено математическое моделирование окислительных превращений яблочного пектина (ЯП) под действием озон-кислородной смеси в водных растворах. Кинетическая схема окислительного процесса составлена на основании известных представлений о механизмах жидкофазного окисления органических соединений (с учетом известных на сегодняшний день экспериментальных результатов по окислению ЯП). Решение обратной и прямой задач химической кинетики с помощью программного комплекса «ХимКинОптима» позволило определить константы скоростей ключевых стадий окислительного процесса и получить кинетические кривые всех участников озонированного окисления ЯП. Предложенная схема окислительных превращений яблочного пектина в рассматриваемой реакционной системе «ЯП + O3 + O2 + H2O» позволила объяснить все имеющиеся к настоящему времени экспериментальные результаты: радикальную природу процесса; окислительную деструкцию, сопровождающую окислительный процесс; кинетику накопления кислых продуктов реакции; образование СО2; кинетические закономерности (первый порядок по ЯП и первый порядок по О3) на начальной стадии окисления. С помощью кинетической схемы удалось теоретически предсказать и экспериментально подтвердить кинетику накопления карбоксильных групп в реакционной системе «ЯП + О3 + О2 + H2O» при введении дополнительного инициатора (Н2О2 + FeSO4). Данный факт является еще одним подтверждением правильности предложенной схемы окислительных превращений ЯП. 4. Проведение исследований по установлению природы комплексообразования производных урацила с полифункциональными кислотами. В рамках выполнения настоящего проекта был обобщен и проанализирован значительный массив экспериментальных и расчетных данных по взаимодействию урацила и его производных с полифункциональными кислотами. На основе проделанной работы подготовлена и опубликована обзорная статья в журнале «Известия Академии наук. Серия химическая». Анализ экспериментальных результатов по взаимодействию производных урацила с полифункциональными кислотами позволил выявить ряд схожих закономерностей (одинаковые изменения в УФ-спектрах урацилов; близкие изменения в ИК-спектрах синтезированных комплексов; одинаковый состав (1 : 1) образующихся комплексных соединений; схожие корреляционные зависимости между логарифмами констант устойчивости и -константами Гаммета), свидетельствующих об одном и том же механизме комплексообразования. Квантово-химическими исследованиями показано, что из всех видов межмолекулярных взаимодействий наиболее предпочтительным является взаимодействие Н–N1–C2–O7 фрагмента молекулы урацила с неионизированными СООН-группами исследованных кислот. 5. Изучение влияния температуры на устойчивость комплексных соединений, образованных производными урацила и полифункциональными кислотами. Исследования выполнены в интервале 293-323 К на примере 11 комплексных соединений. Обнаружено, что с ростом температуры значения констант устойчивости комплексных соединений уменьшаются. На основе полученных данных были рассчитаны стандартные значения термодинамических параметров комплексообразования производных урацила с полифункциональными кислотами в водной среде. Отрицательные значения изменений энергий Гиббса, энтальпий и энтропий свидетельствуют, соответственно, о самопроизвольности реакций образования комплексов, их экзотермичности и отдельных ограничениях свободы вращательных и колебательных движений молекул, возникающих при комплексообразовании. Установлено, что между изменением энтальпии и изменением энтропии удовлетворительно выполняется линейная зависимость – термодинамический компенсационный эффект, что дополнительно свидетельствует об одинаковом механизме взаимодействия производных урацила с изученными полифункциональными кислотами (см. выше). Значения констант устойчивости комплексных соединений однозначно свидетельствуют о возможности получения комплексов в индивидуальном виде и изучения их биологической активности. Фармакологическими исследованиями установлено, что ряд изученных комплексов проявляет более высокую активность по сравнению с исходными веществами. Представленные результаты свидетельствуют о перспективности указанного направления исследований. 6. Изучение взаимодействия окисленной фракции поливинилового спирта (ПВС) с 4- и 5-аминосалициловыми кислотами. Окисленную фракцию ПВС можно рассматривать как возможную подложку для лекарственных препаратов пролонгированного действия. В этой связи нами, дополнительно к плану исследований 2019 г., изучено взаимодействие окисленной фракции поливинилового спирта с 4- и 5-аминосалициловыми кислотами, хорошо зарекомендовавшими себя в качестве противотуберкулезного и противоязвенного (противовоспалительного) средств, соответственно. Окисленную фракцию ПВС получали путем окисления полимера пероксидом водорода. Установлено, что в разбавленных водных растворах окисленная фракция ПВС образует с 4- и 5-аминосалициловыми кислотами комплексные соединения состава 1 : 1, то есть на одну карбоксильную группу окисленной фракции полимера приходится одна молекула аминосалициловой кислоты. В интервале 291-316 К изучена температурная зависимость констант устойчивости образующихся комплексов и определены термодинамические параметры комплексообразования.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Молекулярный докинг и QSAR-моделирование ингибиторов биосинтеза нуклеиновых кислот и простагландинов. Методом молекулярного докинга с использованием программ AutoDock 4.2 и AutoDock Vina изучена стерическая комплементарность 39 производных хиназолина (выбраны из базы данных ChEMBL с использованием QSAR-модели М3 по результатам отчета за 2019 год), 22 производных урацила (12 из которых синтезированы в 2019 году в рамках данного проекта, 10 структур выбраны из базы данных ChEMBL с использованием QSAR-моделей М45 и М48 по результатам отчета за 2019 год), 50 производных уридина (30 структур выбраны из базы данных ChEMBL с использованием QSAR-моделей М15 и М18 по результатам отчета за 2019 год, 20 структур из базы данных ChEMBL использовались для построения этих моделей), 8 нуклеотидов на основе производных урацила (отобраны при моделировании ингибиторов тимидилаткиназы человека в 2020 году) с активными центрами тимидилатсинтазы мышей, дигидропиримидиндегидрогеназы из печени свиньи, тимидинкиназы и тимидилаткиназы вируса простого герпеса человека первого типа (ВПГ-1), уридинфосфорилазы E.coli и дезоксиуридинтрифосфатазы человека. В качестве моделей белков из банка данных PDB выбраны макромолекулы с кодами 4eb4 (цепь А), 4oqm (цепь А), 2хх3 (цепь А), 1rxs (цепи А, В), 2hqu (цепь А), 1gth (цепи А, В). В результате этих исследований выявлены потенциально эффективные ингибиторы моделируемых ферментов. Кроме того, определены биоактивные конформации и факторы стабилизации положений потенциально эффективных соединений в активных центрах данных белков. В рамках продолжения исследований, направленных на QSAR-моделирование разных видов биологической активности, с использованием нового метода отбора дескрипторов (метод RBF-SCR), реализованного в программе GUSAR 2019, выполнено QSAR-моделирование ингибиторов тимидинкиназы ВПГ-1 и ВПГ-2 клеток HeLa, тимидилаткиназы Mycobacterium tuberculosis, изомерных форм циклооксигеназ и антиоксидантов. В общей сложности в моделировании участвовало свыше 700 биологически активных органических соединений. Новый подход автоматического отбора значимых дескрипторов, предназначенных для построения регрессионных зависимостей (метод RBF-SCR), позволил построить 87 статистически значимых валидных консенсус-моделей QSAR, ориентированных на прогноз численных значений lgk7 (для антиоксидантов), pIC50 и pKi в отношении вышеназванных ферментов. В дальнейшем построенные нами статистически значимые валидные модели QSAR будут использованы для отбора новых структур из базы данных ChEMBL. Планируется дальнейшее исследование возможности ингибирования активности всех названных ферментов отобранными в ходе виртуального скрининга соединениями с использованием метода молекулярного докинга. 2. Химическая модификация пиримидиновых оснований. Известно, что в основе патогенеза развития некоторых заболеваний (таких как сердечно-сосудистые, воспалительные, онкологические и др.) лежит перекисное окисление липидов и связанное с ним повреждение внутренних органов. Поэтому для профилактики и лечения подобных заболеваний применяют лекарственные средства, обладающие антиоксидантным действием. Немалый интерес в связи с этим представляют производные пиримидина, в частности производные 6-метилурацила, обладающие низкой токсичностью и поливалентным действием на организм человека. Среди пиримидинов, согласно нашим более ранним исследованиям, высокую антиоксидантную активность проявляют 5-гидрокси-6-метилурацил и 5-амино-6-метилурацил. В первый год выполнения проекта нами было получено два патента РФ на способ получения 5-гидрокси-6-метилурацила (RU 2700422 и RU 2700687). Однако существенным недостатком 5-гидрокси-6-метилурацила и 5-амино-6-метилурацила, ограничивающим их применение, является низкая растворимость в воде и органических растворителях. Кроме того известно, что для проявления антиоксидантной активности необходимы свободные 5-амино- и 5-гидрокси-группы. Введение алкильных заместителей в эти группы приводит к существенному снижению антиоксидантного действия и даже полной его потере. Метильные же заместители у N-1 и N-3 повышают не только растворимость этих урацилов в воде и органических растворителях, но также и увеличивают антиоксидантную активность. Примером тому являются 5-амино- и 5-гидрокси-1,3,6-триметилурацилы, синтезированные и изученные ранее. В этом году мы усовершенствовали способ получения 5-гидрокси-1,3,6-триметилурацила, благодаря чему выход целевого соединения увеличился до 82-85% (в прототипе выход 23-28%). Подготовлены две заявки на патенты РФ. Кроме того, предложены способы получения N-алкилированных производных 5-амино-6-метилурацила со свободной 5-амино-группой. Были разработаны две схемы синтеза N-алкил-5-амино-6-метилурацилов: 1) стадии N-алкилирования 6-метилурацила, бромирования N-алкил-5-амино-6-метилурацила и аминирования 5-бром-N-алкил-5-амино-6-метилурацила; 2) бензоилирование 5-амино-6-метилурацила, N-алкилирование 5-бензоиламино-6-метилурацила, дебензоилирование 5-бензоиламино-N-алкил-6-метилурацила. Однако целевые N-алкил-5-амино-6-метилурацилы по первой схеме получить не удалось, аминирование 5-бром-N-алкил-5-амино-6-метилурацила не происходит. N-Алкил-5-амино-6-метилурацилы были получены по второй схеме, причем при алкилировании 5-бензоиламино-6-метилурацила алкилгалогенидом в ДМФА в присутствии поташа образуется легкоразделимая смесь N-1,N-3-диалкил- и N-3-моно-алкилпроизводных с преобладанием диалкилизомеров. Все синтезированные структуры подтверждены спектрально с привлечением приборной базы ЦКП ИОХ РАН. У двух синтезированных на прошлом этапе соединений – коньюгатов 5-гидрокси-6-метилурацила с N-фталоилаланином и N-фталоилметионином, которые согласно молекулярному докингу должны проявлять противоспалительную активность, проведены испытания в условиях in vitro и in vivo. Установлено, что в исследованиях на мышах на 4 моделях воспаления соединения по активности сравнимы с референс-препаратом Ортофеном. В исследованиях in vitro, проведенных совместно с ИБГ УФИЦ РАН, вещества показали ингибирование фермента ЦОГ-2 – ключевого фермента антивоспалительной активности для НПВС. 3. Установление кинетической схемы озонированного окисления поливинилового спирта для получения его окисленных фракций (как возможных подложек для лекарственных препаратов пролонгированного действия) с заранее заданными свойствами. Проведено математическое моделирование окислительных превращений поливинилового спирта (ПВС) под действием озон-кислородной смеси в водных растворах. Кинетическая схема составлена на основе имеющихся на сегодня экспериментальных результатов по окислению ПВС с учетом известных представлений о механизмах жидкофазного окисления органических соединений. С помощью программного комплекса «ХимКинОптима» были решены обратная и прямая задачи химической кинетики, позволившие определить константы скорости ключевых стадий окислительного процесса и получить кинетические кривые всех участников озонированного окисления ПВС. Предложенная схема окисления позволила объяснить весь набор экспериментальных результатов: радикальную природу процесса; окислительную деструкцию, сопровождающую окислительный процесс; кинетику накопления кислых продуктов реакции и диоксида углерода с возрастающими во времени скоростями; образование конечных продуктов (кислот и СО2) в нелимитирующих стадиях. С помощью кинетической схемы удалось теоретически предсказать и экспериментально подтвердить кинетику накопления СООН групп в реакционной системе «ПВС + О3 + О2 + H2O» при введении дополнительного инициатора – реагента Фентона (Н2О2 + FeSO4). Данный факт является дополнительным подтверждением правильности предложенной схемы окислительных превращений поливинилового спирта. 4. Изучение кинетики озонированного окисления азотистых оснований в водных растворах. Широкое применение озона в медицине (профилактика и терапия многих болезней) может привести к серьезным последствиям, связанным с процессами окислительного разрушения азотистых оснований РНК и ДНК. Отсюда возникает необходимость исследования реакционной способности озона по отношению к азотистым основаниям (АО). В 2020 году решению этих вопросов посвящены две наши статьи в журналах «Известия вузов. Химия и химическая технология» и «Вестник Башкирского университета». Кинетику реакций озона с азотистыми основаниями (урацилом, тимином, аденином, цитозином и рядом производных урацила, взятых для сравнения) в водных растворах изучали методом УФ-спектроскопии на приборе UV-2600 фирмы «Shimadzu». На первом этапе исследований по закону Бугера-Ламберта-Бера определены коэффициенты экстинкции АО в водных растворах, которые в дальнейшем были использованы для расчета их остаточных концентраций. Было установлено, что реакции озона с азотистыми основаниями протекают по кинетическим законам второго порядка (первого – по О3 и первого – по АО). Полученные значения констант скорости свидетельствуют о высокой реакционной способности озона по отношению к исследованным АО. В интервале 285-309 К изучены температурные зависимости констант скорости второго порядка и определены активационные параметры реакций О3 с АО в водных растворах. Линейная зависимость между lg A и Е для всех девяти изученных урацилов свидетельствует о единой лимитирующей стадии их окислительного процесса. 5.1. Изучение комплексообразования празиквантела с циклодекстринами в водно-спиртовых растворах. Эффективное противогельминтное средство – празиквантел – обладает низкой растворимостью в воде и ярко выраженным горьким вкусом и запахом, что препятствует созданию удобных для введения животным жидких форм лекарственных препаратов. Одним из способов решения названной проблемы является комплексообразование празиквантела с циклодекстринами (альфа-, бета- и гамма-формы), способными формировать комплексы включения по типу «хозяин – гость». Исследованию данного вопроса посвящена наша статья в международном журнале «Periodico Tche Quimica» (Q2). Установлено, что в разбавленных водно-спиртовых растворах празиквантел образует с циклодекстринами комплексы состава 1 : 1. Показано, что в интервале 296-316 К состав комплексов остается неизменным (1 : 1), а их устойчивость с ростом температуры падает. Изучение температурных зависимостей констант устойчивости позволило определить стандартные значения изменений энергии Гиббса, энтальпии и энтропии комплексообразования. Разработана методика синтеза комплекса альфа-формы циклодекстрина с празиквантелом, наработан его опытный образец и передан на биологические испытания. Установлено, что празиквантел в составе комплекса в 21 раз лучше растворяется в воде по сравнению с исходным празиквантелом. Кроме того, для синтезированного комплекса характерно отсутствие запаха и существенное уменьшение горечи. 5.2. Исследование взаимодействий окисленной фракции поливинилового спирта с производными урацила. Окисленная фракция ПВС представляет интерес в качестве возможной подложки для лекарственных препаратов пролонгированного действия. Интерес к производным урацила вызван широким спектром их биологической активности. Установлено, что в разбавленных водных растворах окисленная фракция ПВС образует с производными урацила (семь урацилов с разными заместителями) комплексные соединения состава 1 : 1, то есть на одну СООН группу окисленной фракции полимера приходится одна молекула производного урацила. В интервале 291-316 К изучена температурная зависимость констант устойчивости образующихся комплексов и определены термодинамические параметры комплексообразования. 6. Исследования кинетики и механизма антиокислительного действия селенохроменов – перспективных биологически активных веществ. Установлен механизм и кинетические характеристики эффективности антиокислительного действия 2.4-дифенил-7.8-бензо-5.6-дигидро(4H)селенохромена и его хлорсодержащего производного – 2-(4-хлорфенил)-4-фенил-5,6-дигидро-4H-бензо[h]селенохромена. Отличительной особенностью данного исследования было сочетание экспериментального метода и метода математического моделирования. Экспериментальное исследование послужило основой для формулировки гипотетического механизма реакции и определения основного кинетического параметра эффективности антиокислительного действия – константы скорости обрыва цепи на молекулах селенохромена (k7). Использование математического моделирования в пакете программ «ХимКинОптима» позволило восстановить полную кинетическую картину реакции, включая поведение лабильных интермедиатов, и получить надежные сведения о механизме реакции. Получены новые, ранее неизвестные константы скорости элементарных стадий. На основе проделанной работы была подготовлена и опубликована статья в международном журнале «Reaction Kinetics, Mechanisms, and Catalysis».

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Молекулярный докинг и QSAR-моделирование ингибиторов биосинтеза нуклеиновых кислот и простагландинов. Методом молекулярного докинга с использованием программ AutoDock 4.2 и AutoDock Vina проведено изучение стерической комплементарности 20 конъюгатов 5-аминоурацила и 5-гидроксиурацила с бензойной кислотой (синтезированных в рамках данного проекта в 2020 году), 20 нуклеозидов и 20 нуклеотидов на их основе, 12 производных урацила (синтезированных в рамках данного проекта в 2019 году), а также 22 соединений, отобранных в ходе виртуального скрининга из базы данных ChEMBL, с активными центрами ферментов дигидропиримидиндегидрогеназы, цитозольной тимидинкиназы и тимидилаткиназы вируса простого герпеса первого типа, уридинфосфорилазы, дезоксиуридинтрифосфатазы, изомерных форм циклооксигеназ (ЦОГ-1 и ЦОГ-2). Цель исследований заключалась в предсказании селективности действия биологически активных веществ в качестве ингибиторов этих ферментов. В качестве моделей белков из банка данных PDB выбраны макромолекулы с кодами 1gth (цепи А, В), 4oqm (цепь А), 2хх3 (цепь А), 1rxs (цепи А, В), 2hqu (цепь А) и 2bsy (цепь А), 3n8x (цепь В), 1рхх (цепь А), соответственно. В результате этих исследований, на основе анализа расчетных термодинамических характеристик комплексов «макромолекула-лиганд», выявлены потенциальные ингибиторы биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот. Определены биоактивные конформации моделируемых лигандов, установлены факторы стабилизации их положения в активных центрах данных полипептидов. Расхождение в величине Ebind для одного и того же лиганда, рассчитанной с использованием оценочных функций AutoDock 4.2 и AutoDock Vina, не превышает 2,5 ккал/моль. Величина RMSD, оцененная при сопоставлении координат одного и того же лиганда, рассчитанных с использованием оценочных функций AutoDock 4.2 и AutoDock Vina, не превышает 2.5 Å. Эти факты свидетельствуют о хорошем согласовании между собой результатов вычислительного эксперимента, выполненного в ряде случаев с использованием двух программ (AutoDock 4.2 и AutoDock Vina). Дополнительно, в ходе структурного анализа изучено влияние природы алкильных заместителей в положениях R1, R2 на величину расчетной свободной энергии связывания для 20 конъюгатов 5-аминоурацила и 5-гидроксиурацила с бензойной кислотой, а также нуклеозидов и нуклеотидов на их основе, которая фактически характеризует аффинность лигандов с активными центрами модельных ферментов. По результатам проведенных исследований опубликована статья в международном журнале «Molecules» (Q1). 2. Химическая модификация пиримидиновых оснований. Наряду с пиримидин-2,4-дионами (урацилами) большой интерес представляют 3,4-дигидропиримидиноны (так называемые пиримидины Биджинелли). Производные 3,4-дигидропиримидинонов обладают широким спектром биологической активности и могут найти применение для модификации уже существующих биологически активных матриц. 3,4-Дигидропиримидиноны получают трехкомпонентной реакцией Биджинелли при взаимодействии β-дикарбонильного соединения, альдегида (чаще ароматического) и мочевины, привлекательность которой состоит в простоте введения в структуру продуктов заместителей, легко превращаемых в различные функциональные группы, необходимые для дальнейших синтезов. С целью получения ряда новых производных 3,4-дигидропиримидинонов изучено взаимодействие ацетоуксусного эфира, ароматического альдегида и (тио)мочевины в стандартных условиях реакции Биджинелли при кипячении в этаноле в присутствии катализаторов – кислот Льюиса (FeCl3, NiCl2, ZnCl2, CoCl2, SnCl2). В качестве альдегидной компоненты был использован ряд производных бензальдегида (4-нитро-, 4-гидрокси-, 3-метокси-, 3-метокси-4-гидрокси-). Установлено, что лучший выход продуктов достигается при использовании катализатора CoCl2•6H2O (61-90%). Экспресс-методом исследования антирадикальной активности установлено, что 3,4-дигидропиримидиноны на основе 3-метокси-4-гидроксибензальдегида (ванилина) обладают способностью ингибировать свободные радикалы 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДФПГ), которая сравнима с 5-гидрокси-6-метилурацилом. С целью расширения библиотеки биологически активных соединений пиримидиновой структуры нами синтезированы 5-амино- и 5-гидроксипроизводные 2-амино-6-метилпиримидин-4-она, полученного конденсацией ацетоуксусного эфира и гуанидина. 5-Амино- и 5-гидроксигруппы вводили по разработанной ранее схеме. Экспресс-анализ антирадикальной активности синтезированных соединений ДФПГ-тестом показал, что по активности новые производные не уступают референтным 5-амино- и 5-гидрокси-6-метилурацилам и перспективны для дальнейших исследований. Изучена биологическая активность комплексного соединения 5-гидрокси-6-метилурацила с N-ацетилцистеином. Установлено, что комплексное соединение обладает антигипоксической активностью на модели острой гистотоксической гипоксии, значительно превосходящей референтные препараты. 5-Гидрокси-1,3,6-триметилурацил (ОТМУ) – N-метилированное производное 5-гидрокси-6-метилурацила (ОМУ), обладающее более высокой антиоксидантной активностью, чем ОМУ, и лучшей растворимостью в воде и органических растворителях. По известному способу (RU 2000298) ОТМУ получают с довольно низким выходом, не превышающим 25%. Нам удалось усовершенствовать способ получения ОТМУ, благодаря чему выход целевого соединения увеличился до 82-85%. Поданы две заявки на патенты РФ (№ 2021111144 и № 2021111152 от 19.04.2021 г.), проходящие на данный момент экспертизу по существу. Структуры всех синтезированных соединений подтверждены спектрально, с привлечением приборной базы ЦКП ИОХ РАН. 3. Изучение реакций озона с азотистыми основаниями в водных растворах методами УФ-спектроскопии и хемилюминесценции. В последнее десятилетие озон широко применяется для профилактики и терапии многих болезней. Известно также, что среди мономерных структур РНК и ДНК воздействию окислителей в первую очередь подвергаются нуклеиновые основания. В этой связи исследования, направленные на изучение кинетики и механизмов озонированного окисления нуклеиновых оснований и производных урацила (как модельных соединений), являются актуальными. При этом важное значение могут иметь свечения, сопровождающие окислительную деградацию азотистых оснований. 3.1. Изучение кинетики реакций озона с азотистыми основаниями методом УФ-спектроскопии. В 2020 году объектами кинетических исследований были 4 нуклеиновых основания и 7 производных урацила. В 2021 году изучена кинетика озонированного окисления гуанина и пяти новых пиримидиновых оснований. Исследования проводились методом УФ-спектроскопии. На первом этапе исследований определены коэффициенты экстинкции азотистых оснований (АО) в водных растворах, значения которых необходимы для расчетов их остаточных концентраций. Установлено, что реакции озона с гуанином и пятью новыми азотистыми основаниями протекают по кинетическим законам второго порядка (первого – по О3 и первого – по АО). Полученные значения констант скорости свидетельствуют о высокой реакционной способности азотистых оснований по отношению к озону. В интервале 285-309 К исследованы температурные зависимости констант скорости второго порядка и определены активационные параметры реакций О3 с АО в водных растворах. Установлено, что для всех урацилов, изученных в 2020 и 2021 годах, выполняется линейная зависимость между энергиями активаций и логарифмами предэкспоненциальных множителей, которая указывает на единую лимитирующую стадию их окислительного процесса. 3.2. Изучение реакций озона с азотистыми основаниями методом хемилюминесценции. Впервые обнаружена хемилюминесценция в видимой области спектра при озонированном окислении нуклеиновых оснований (аденина, гуанина, урацила, тимина и цитозина) и отдельных производных урацила (5-хлор- и 5-фторурацилов) в водных растворах. Показано, что свечение однозначно связано с наличием озона в барботируемой газовой смеси. Установлено, что тушение хемилюминесценции в изученных реакционных системах протекает по кинетическому закону второго порядка. В интервале 285-309 К изучены температурные зависимости констант скорости второго порядка и определены активационные параметры исследуемого процесса. Методом граничных светофильтров определены спектральные составы наблюдаемых свечений (на примере аденина и цитозина). По результатам проведенных исследований опубликована статья в журнале «Russian Journal of Physical Chemistry A». 3.3. Определение продукта озонированного окисления 6-метилурацила. С привлечением приборной базы ЦКП ИОХ РАН идентифицирован продукт озонированного окисления 6-метилурацила в водных растворах – 5-гидроксигидантоин или 5-гидрокси-2,4-имидазолидиндион (по IUPAC). 4. Исследование комплексообразований азотсодержащих веществ с биологически активными окси- и карбоксилсодержащими соединениями. Комплексообразование является одним из удобных и сравнительно простых способов модификации лекарственных веществ. 4.1. Изучение комплексообразования 5-аминосалициловой кислоты с циклодекстринами в водных растворах. 5-Аминосалициловая кислота (5-АСК) обладает ярко выраженной фармакологической активностью. Однако применение 5-АСК в лечебной практике осложняется появлением нежелательных побочных эффектов. Одним из путей решения данной проблемы является комплексообразование 5-АСК с биоразлагаемыми и нетоксичными циклодекстринами (ЦД). Установлено, что в разбавленных водных растворах 5-аминосалициловая кислота образует с циклодекстринами комплексные соединения состава 1 : 1. В интервале 291-316 К изучена температурная зависимость констант устойчивости образующихся комплексов и определены термодинамические параметры комплексообразования. На основании полученных данных разработана методика синтеза комплекса бета-формы ЦД с 5-АСК (как наиболее устойчивого комплекса), наработан его опытный образец и изучена противоязвенная активность. Данный комплекс показал более выраженную противоязвенную активность по сравнению с исходными веществами и примерно такую же активность как у препарата сравнения (омез). При этом количество 5-АСК в комплексе составило лишь 12% масс., остальные 88% масс. приходятся на β-циклодекстрин. 4.2. Исследование взаимодействий ацетилсалициловой (АСК) и салициловой (СК) кислот с производными урацила. Салициловые кислоты являются известными лекарственными веществами. Для уменьшения негативных влияний АСК и СК на организм человека весьма перспективным может оказаться их комплексообразование с производными урацила (ПУ). Взаимодействие салициловых кислот с ПУ изучали методом УФ-спектроскопии. В качестве ПУ были использованы 6-метил-, 5-фтор-, 5-хлор- и 5-бром-6-метилурацилы. Исследования показали, что в разбавленных водных растворах салициловые кислоты (АСК, СК) образуют с ПУ комплексные соединения состава 1 : 1. В интервале 291-316 К изучена температурная зависимость констант устойчивости образующихся комплексов и определены термодинамические параметры комплексообразования. 4.3. Разработка методики синтеза комплексов, наработка их опытных образцов и передача на биологические испытания. На основании ранее полученных результатов разработана методика синтеза комплексов 5-аминосалициловой кислоты с яблочным пектином и его окисленной фракцией, наработаны их опытные образцы и переданы на биологические испытания в Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека. 5. Исследования кинетики и механизма антиокислительного действия тритерпеноидов лупанового ряда – перспективных биологически активных веществ. Изучена кинетика радикально-цепного окисления 1,4-диоксана кислородом в присутствии добавок тритерпеноидов лупанового ряда – азепанобетулина и метил-3-(гидроксиимино)луп-20(29)-ен-28-оата, имеющих в своем составе кислород- и азотсодержащие полифункциональные фрагменты. Отличительной особенностью данного исследования было сочетание экспериментального метода и метода математического моделирования. Экспериментальные результаты по влиянию добавок изученных соединений на скорости окисления 1,4-диоксана послужили основой для формулирования гипотетического механизма реакции и определения одного из основных кинетических параметров эффективности антиокислительного действия – стехиометрических коэффициентов ингибирования (f). Для объяснения высоких значений f предложен механизм реакции, включающий стадии, обеспечивающие регенерацию ингибитора. При математическом моделировании предложенного механизма с помощью программы «ХимКинОптима» решены прямая и обратная задачи химической кинетики, в результате чего восстановлены кинетические кривые расходования кислорода и лабильных промежуточных продуктов, а также найдены константы скорости элементарных стадий. На основе проделанной работы подготовлена и опубликована статья в международном журнале «Reaction Kinetics, Mechanisms, and Catalysis» (Q3).

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Молекулярный докинг и QSAR-моделирование ингибиторов биосинтеза нуклеиновых кислот и простагландинов. Методом молекулярного докинга с использованием программ AutoDock 4.2 и AutoDock Vina 1.2.0 проведено изучение стерической комплементарности 15 производных 3,4-дигидропиримидин-2-она и 15 их структурных аналогов с активными центрами ферментов дигидропиримидиндегидрогеназы, цитозольной тимидинкиназы и тимидилаткиназы вируса простого герпеса первого типа, уридинфосфорилазы, дезоксиуридинтрифосфатазы, изомерных форм циклооксигеназ. Цель исследований заключалась в предсказании селективности действия биологически активных веществ в качестве ингибиторов этих ферментов. В результате этих исследований, на основе анализа расчетных термодинамических характеристик комплексов «макромолекула-лиганд», выявлены потенциальные ингибиторы биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот. Определены биоактивные конформации моделируемых лигандов, установлены факторы стабилизации их положения в активных центрах данных полипептидов. Дополнительно, в ходе структурного анализа изучено влияние природы ароматических и ациклических заместителей, а также замены атома О на S в пиримидиновом кольце на величину расчетной свободной энергии связывания для 80 протестированных лигандов (с учетом стереоизомерии). 2. Химическая модификация пиримидиновых оснований. Наряду с пиримидин-2,4-дионами (урацилы) большой интерес представляют также 3,4-дигидропиримидиноны (так называемые пиримидины Биджинелли). 3,4-Дигидропиримидиноны получают трехкомпонентой реакцией Биджинелли. В отчетном году изучено взаимодействие ацетоуксусного эфира, ароматического альдегида и гуанидина в стандартных условиях реакции Биджинелли при кипячении в этаноле в присутствии катализаторов – кислот Льюиса (FeCl3, NiCl2, ZnCl2, CoCl2, SnCl2). В качестве альдегидной компоненты был использован ряд производных бензальдегида (4-нитро-, 4-бром-, 3-метокси-4-гидрокси-). Установлено, что лучший выход продуктов достигается при использовании катализатора FeCl3 (69-80%). Далее полученные пиримидины Биджинелли, в т.ч. синтезированные в 2021 году, планировалось подвергнуть дальнейшей модификации путем введения ряда защищенных L-аминокислот по положению С5 пиримидинового кольца. Для этого синтезированные 3,4-дигидропиримидиноны вначале деблокировали кислотным гидролизом. Далее деблокированные 3,4-дигидропиримидиноны вводили в реакцию с предварительно синтезированным этиловым эфиром глицина в этаноле в присутствии 1,3-дициклогексилкарбодиимида (DCC) и 4-(диметиламино)пиридина (DMAP). Структуры всех синтезированных соединений подтверждены спектрально, с привлечением приборной базы ЦКП ИОХ РАН. 3.1. Изучение кинетики реакций озона с 1,3-диметилзамещенными урацилами в растворителях разной полярности. Методом УФ-спектроскопии изучена кинетика реакций озона с 1,3-диметилтимином, 1,3,6-триметилурацилом и 5-гидрокси-1,3,6-триметилурацилом в полярной воде и неполярном четыреххлористом углероде. Показано, что исследуемые реакции в Н2О и CCl4 подчиняются кинетическому закону второго порядка. В интервале 285-309 К исследованы температурные зависимости констант скоростей второго порядка и определены значения активационных параметров. Установлено, что константы скорости реакций О3 с 1,3-ДМУ в среде неполярного четыреххлористого углерода превышают таковые в полярной воде. Возможной причиной такого необычного факта может быть повышенная реакционная способность радикальных интермедиатов, образующихся в среде CCl4 и составляющих конкуренцию реакциям озона с С=С связями 1,3-диметилзамещенных урацилов. 3.2. Изучение реакций озона с пиримидиновыми основаниями методом хемилюминесценции (ХЛ). В 2022 году впервые обнаружена ХЛ в видимой области спектра при озонированном окислении 7 новых пиримидиновых оснований. Установлено, что тушение ХЛ во всех реакциях протекает по кинетическому закону 2-го порядка. В интервале 285-309 К изучены температурные зависимости констант скоростей 2-го порядка и определены активационные параметры исследуемого процесса. Обнаружена линейная зависимость между Е и lg A, которая указывает на единую лимитирующую стадию, определяющую тушение ХЛ в реакциях озона со всеми изученными пиримидиновыми основаниями. 3.3. Изучение кинетики тушения ХЛ в реакциях озона с 1,3-диметилзамещенными урацилами в растворителях разной полярности. Влияние растворителей (полярной воды и неполярного четыреххлористого углерода) на кинетику тушения ХЛ изучено на примере реакций озона с 1,3-диметилтимином и 1,3,6-триметилурацилом. Установлено, что в обоих реакциях интенсивность свечения спадает по закону реакции 2-го порядка. В интервале 285-309 К исследованы температурные зависимости констант скоростей 2-го порядка и рассчитаны активационные параметры, характеризующие тушение ХЛ в реакциях озона с изученными урацилами. 3.4. Схема озонированного окисления пиримидиновых оснований (на примере 6-метилурацила). На основе полученных экспериментальных результатов (взаимодействие озона с урацилами с участием С=С связи урацильного кольца, информация об основном (5-гидроксигидантоин), промежуточных (гидропероксиды) и побочном (уксусная кислота) продуктах озонированного окисления 6-метилурацила) и литературных данных (протекание реакции озона с двойной связью по механизму Криге) предложена возможная схема озонированного окисления 6-метилурацила. 4.1. Исследование взаимодействий ацетилсалициловой (АСК) и салициловой (СК) кислот с производными урацила (ПУ). АСК и СК – известные лекарственные вещества. ПУ также обладают разными формами физиологической активности. Для получения новых лекарственных форм и уменьшения их негативных эффектов весьма перспективным может оказаться комплексообразование. В 2022 году методом УФ-спектроскопии исследовано комплексообразование АСК с 5-гидрокси-6-метилурацилом и СК с 4 ранее не изученными ПУ. Исследования показали, что салициловые кислоты образуют с ПУ комплексные соединения состава 1 : 1. В интервале 291-316 К изучена температурная зависимость констант устойчивости образующихся комплексов и определены термодинамические параметры комплексообразования. Линейная зависимость между ΔH и ΔS для всех 10 комплексов, изученных в 2021-22 г.г., свидетельствует об одинаковом механизме взаимодействия салициловых кислот с ПУ. На основании полученных данных разработана методика синтеза комплекса 6-метилурацила с АСК, наработан его опытный образец и передан на биологические испытания в Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека. 4.2. Результаты биологических испытаний комплексных соединений. В 2022 году в Уфимском НИИ медицины труда и экологии человека изучена противоязвенная активность комплексов 5-аминосалициловой кислоты с яблочным пектином и его окисленной фракцией. Установлено, что названные комплексы проявляют более высокую противоязвенную активность по сравнению с исходными веществами. 5. Изучение антиокислительной активности и механизмов действия новых конъюгатов, содержащих фрагменты 3,4-дигидро-2H-бензопирана и тетрагидрохинолина, в качестве ингибиторов окисления органических соединений. Изучена кинетика и механизмы реакций радикально-цепного окисления 1,4-диоксана и изопропилового спирта кислородом воздуха в присутствии добавок 4 новых гибридных тетрагидрохинолинов, имеющих в своем составе О- и N-содержащие полифункциональные фрагменты. Высокие значения стехиометрического коэффициента ингибирования в 1,4-диоксане (f = 29-39) объяснены регенерацией ингибитора в акте обрыва цепи. Предложен механизм ингибированного окисления субстрата, в котором источником оксипероксильных радикалов является 2-гидрокси-1,4-диоксан, ранее найденный среди промежуточных продуктов окисления 1,4-диоксана. Полученный комплекс экспериментальных данных позволяет утверждать, что в работе обнаружен новый механизм регенерации ингибитора в среде окисляющегося 1,4-диоксана, который ранее находил применение для ингибированного окисления вторичных спиртов.