THE SEARCH DEPENDENCE OF HYPOGLYCEMIC ACTIVITY FROM THE IONIZATION CONSTANTS IN THE SERIES OF N'–ACYLHYDRAZIDES OF N–ACYL–5–BROMO(5–IODO)ANTHRANILIC ACIDS

Коркодинова Л. М.¹, Андрюков К. В.², Курбатов Е.Р.³, Кремлева О. Б.⁴

¹Доктор фармацевтических наук, ²Кандидат фармацевтических наук, ³Доктор фармацевтических наук, ⁴Кандидат химических наук, Пермская государственная фармацевтическая академия

ПОИСК ЗАВИСИМОСТИ ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОТ КОНСТАНТ ИОНИЗАЦИИ В РЯДУ ГИДРАЗИДОВ N–АЦИЛ–5–БРОМ (5–ЙОД) АНТРАНИЛОВЫХ КИСЛОТ

Аннотация

Экспериментально определены константы ионизации (рКа и рКв) 6 соединений ряда N'-ацилгидразидов N–ацил–5–бром(5-йод)антраниловых кислот методом потенциалов полунейтрализации. Проведен регрессионный анализ и найдено 6 корреляционных уравнений, связывающих рКа и рКв с экспериментально определенной гипогликемической активностью (ГГА_эксп.). Рассчитаны значения прогнозируемой гипогликемической активности с использованием полученных уравнений. Экспериментально найдены значения ГГА исследуемых 2 соединений. Для оценки прогноза ГГА в сравнении с ГГА_эксп., вычислен доверительный интервал индивидуального предсказанного значения.

Ключевые слова: N-ацилзамещенная антраниловая кислота, гидразиды, константа ионизации, гипогликемическая активность, структура–активность.

Korkodinova L.M.¹, Andryukov K.V.², Kurbatov E. R.³, Kremleva O.B.⁴

¹ PhD in Pharmaceutics, ² PhD in Pharmaceutics, ³ PhD in Pharmaceutics, ⁴ PhD in Chemistry, Perm state pharmaceutical academy

THE SEARCH DEPENDENCE OF HYPOGLYCEMIC ACTIVITY FROM THE IONIZATION CONSTANTS IN THE SERIES OF N'–ACYLHYDRAZIDES OF N–ACYL–5–BROMO(5–IODO)ANTHRANILIC ACIDS

Abstract

The values of ionization constants (pKa and pKв) of 6 substances of N'-acylhydrazides of N-acyl-5-bromo(5-iodo)anthranilic acids by method of potential semi-neutralization are experimentally defined. It is transacted the analysis of regression and received 6 correlation equations connecting the pKa and pKв with experimentally defined hypoglycemic activity (HGA_exp.). Values of HGA action with use of the made equations are calculated. It is experimentally defined HGA_exp. of investigated 2 substances which by results of biological tests are active. To assess the HGA prediction compared with HGA_exp., computed confidence interval of the individual prediction.

Keywords: N-acylsubstituted anthranilic acid, hydrazide, ionization constant, hypoglycemic activity, structure-activity.

Известно, что открытие и разработка нового лекарственного вещества в настоящее время требует 10-12 лет исследований и затрат до 800 млн. евро. Тенденция роста расходов не меняется. Одним из перспективных путей для решения данной проблемы является исследование количественной зависимости биологической активности от структуры и физико-химических свойств соединений. На основании этой зависимости можно прогнозировать степень биологической активности для веществ с близкой структурой и уменьшить время и затраты на разработку эффективных лекарственных средств.

Установлено, что все физико-химические факторы, оказывающие влияние на биологическую активность химических соединений, слагаются из трех компонентов: гидрофобной [1], ионизационной [2] и структурной. Вклад каждой из этих составляющих характеризуется степенью влияния на гипогликемическую активность исследуемого объекта.

В качестве объектов исследования для поиска зависимости гипогликемической активности (ГГА) от констант ионизации, мы использовали N'-ацилгидразиды N- ацил 5-бром(5-йод)антраниловых кислот (I – VI).

X= Br, CH₃ (I); X= Br, C₆H₅ (II); X= Br, C₆H₄ (4–CH₃) (III); X= I, CH₂C₆H₅ (IV);

X= I, C₆H₄ (4–NO₂) (V); X= I, (2-фурил) (VI)

N'-Ацилгидразиды N–ацил–5–бром(5–йод) антраниловых кислот (I – VI) содержат две азотсодержащие ионогенные группы: гидразидная и NH–ацильная, в зависимости от условий среды они проявляют как кислотные, так и основные свойства, что позволяет определять константы кислотности (pKa) и основности (pKв).

Схемы ионизации молекул N'-ацилгидразидов N–ацил–5–бром(5–йод) антраниловых кислот (I – VI) в щелочной и кислой средах составлены с использованием рассчитанных зарядов на атомах азота и кислорода неэмпирическим методом Хартри – Фока в базисе 3-21G. Расчёты проведены с использованием программы Gaussian 03 при полной оптимизации геометрии молекул в среде диметилсульфоксида (ДМСО) (табл. 1). Эффект растворителя учитывали проводя расчёты на модели PCM (Polarizable Continuum Model).

Таблица 1 - Рассчитанные заряды на атомах кислорода и азота гидразидной (CONHNH) и NH–ацильной (NHCO) групп соединений (I – VI)

№	Гидразидная (CON1HN2H			NH–ацильная (NHCO)
	O	N1	N2	N	O
I	-0,652	-0,648	-0,675	-1,051	-0,656
II	-0,676	-0,700	-0,636	-1,115	-0,644
III	-0,665	-0,689	-0,655	-1,114	-0,647
IV	-0,668	-0,654	-0,673	-1,105	-0,650
V	-0,661	-0,687	-0,658	-1,114	-0,646
VI	-0,636	-0,658	-0,678	-1,043	-0,653

В результате проведенных квантово-химических расчётов обнаружено, что наибольший отрицательный заряд у атома азота в NH–ацильной группе (от –1,043 до –1,115) (табл. 1), что позволяет предположить взаимосвязь кислотных и основных свойств изучаемых соединений с отрицательным зарядом на атоме азота NH–ацильного фрагмента антраниловой кислоты.

Кислотные свойства соединений (I – VI) связаны с атомом водорода в NH-ацильной аминогруппе. В щелочной среде (КОН) они ионизируются и теряют протон, превращаясь в сопряжённое основание (схема 1).

Схема 1.

В кислой среде протонирование гидразидов (I – VI), происходит по атому азота NH–ацильной группы, с образованием аммониевого катиона (схема 2).

Схема 2.

С целью изучения количественной зависимости ГГА от физико-химических свойств соединений (I – VI) экспериментально определены значения констант кислотности (рКа_эксп.) и основности (рКв_эксп.) методом потенциометрического титрования в среде ДМСО, с помощью универсального иономера ЭВ–74 по методу потенциалов полунейтрализации [2, 3]. Концентрация титруемых соединений 0,005 М, концентрация титрантов – KOH и HClO₄ – 0,05 М.

Экспериментально найденные значения констант кислотности и основности лежат в пределах 7,64 – 11,10 и 8,11 – 12,30, соответственно (табл. 2).

Гипогликемическую активность исследовали на самках белых нелинейных крыс массой 190 – 220 г. Изучаемые соединения вводили внутрибрюшинно в скрининговой дозе 25 мг/кг. Уровень гликемии характеризовали глюкозоксидазным методом. Содержание глюкозы в крови, в процентах, определяли до введения, а также через 3 (ГГА 3ч._эксп.) и 5 часов (ГГА 5ч._эксп.) после введения исследуемых соединений [4].

Таблица 2 - ГГА и константы ионизации соединений (I – VI)

№	ГГА 3ч.эксп.	ГГА 5ч.эксп.	рКа	рКв	рКа2	рКв2
I	-13,40	-10,73	10,91	8,11	119,03	65,77
II	0,00	-9,00	11,10	12,06	123,21	145,44
III	-21,80	-16,20	10,45	8,57	109,20	73,44
IV	-7,40	-13,70	7,64	9,30	58,37	86,49
V	-12,90	-9,30	9,82	12,30	96,43	151,29
VI	-10,20	-12,60	9,75	11,38	95,06	129,50

С целью получения уравнений множественной регрессии между константами ионизации и зависимыми переменными ГГА 3ч._эксп. и ГГА 5ч._эксп., был проведен множественный регрессионный анализ с использованием программы Statistica 6. Для проведения регрессионного анализа были использованы дескрипторы: рКа, рКв, рКа² и рКв².

Всего было найдено свыше 24 уравнений регрессии, из них 6 наиболее значимых представлены в таблице 3. При анализе корреляционных уравнений для ГГА 3ч._эксп. выявлено наиболее значимое уравнение 2 (R= 0,939; S= 3,92), а для ГГА 5ч._эксп. – уравнение 6 (R= 0,847; S= 2,33).

Таблица 3 - Корреляционные уравнения взаимосвязи ГГА с константами ионизации N'-ацилгидразидов N–ацил–5–бром(5–йод) антраниловых кислот

№	Корреляционное уравнение	R	S	N
1	ГГА 3ч.эксп. = – 26,889 – 0,663 × рКа + 2,190 × рКв	0,563	7,69	6
2	ГГА 3ч.эксп.= 337,607 – 82,624 × рКа + 3,270 × рКв + + 4,385 × рКа2	0,939	3,92	6
3	ГГА 3ч.эксп. = –137,502 + 0,203 × рКа + + 22,696 × рКв – 1,003 × рКв2	0,581	9,28	6
4	ГГА 5ч.эксп. = –28,212 + 0,691 × рКа + 0,915 × рКв	0,703	2,55	6
5	ГГА 5ч.эксп. = 37,034 – 13,980 × рКа + 1,108 × рКв + + 0,785 × рКа2	0,785	2,72	6
6	ГГА 5ч.эксп. = 111,390 – 0,402 × рКа – 24,964 × рКв + + 1,265 × рКв2	0,847	2,33	6

Для проверки прогнозирующей способности составленных уравнений 2 и 6, осуществлен прогноз ГГА двух соединений из исследуемого ряда производных (VII – VIII) с использованием экспериментально определенных рКа и рКв (табл. 4). Результаты прогнозирования, в виде доверительного интервала индивидуального предсказанного значения, для ΔГГА 3ч._рассч. и ΔГГА 5ч._рассч. приведены в таблице 5.

Таблица 4 - Экспериментальные значения рКа и рКв соединений VII – VIII

№	R	рКа	рКв	рКа2	рКв2
VII	CH3	10,47	7,60	109,62	57,76
VIII	CH2CH2CH3	10,38	7,68	107,74	58,98

При сопоставлении значений доверительных интервалов прогноза ГГА (ΔГГА 3ч._рассч.) и экспериментальных (ΔГГА 3ч._эксп.) (ур-е 2), было выявлено, что ΔГГА 3ч._эксп. входит в доверительный интервал индивидуального предсказанного значения только у соединения VII, а производное VIII (ГГА 3ч._эксп. = 0 ± 2,16) выпадает, с отклонением равным – 5. Доверительный интервал ΔГГА 5ч._рассч. (ур-е 6) по соединениям VII и VIII полностью включает в себя ΔГГА 5ч._эксп.. Полученные результаты подтверждают значимость найденных регрессионных уравнений.

Таблица 5 – Доверительные интервалы теоретически рассчитанных и экспериментальных значений для ГГА 3 ч. и ГГА 5 ч. соединений VII – VIII

№	Δ ГГА 3ч.рассч. (ур-е 2)	Δ ГГА 3ч.эксп.	Δ ГГА 5ч.рассч. (ур-е 6)	Δ ГГА 5ч.эксп.
VII	– 36,95 ÷ – 6,81	– 24,42 ÷–13,98	– 28,97 ÷ +8,04	– 28,21 ÷ – 18,39
VIII	– 37,63 ÷ – 7,22	– 2,16 ÷ +2,16	– 25,98 ÷ +6,22	–12,86 ÷– 5,74

В результате, можно сделать вывод, что полученные зависимости 2 и 6 могут быть использованы для целенаправленного поиска новых активных соединений с гипогликемической активностью в ряду N'-ацилгидразидов N- ацилзамещенных производных антраниловой кислоты.

Литература

1. Андрюков К. В., Коркодинова Л.М.. Константы липофильности в поиске биологически активных веществ с противовоспалительным действием в ряду производных N- арилзамещенных антраниловых кислот. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 3 (часть 3). – стр. 533-538.
2. Андрюков К. В., Коркодинова Л.М., Кремлёва О. Б.. Прогнозирование значений констант ионизации в ряду замещённых амидов и гидразидов N–ацил–5–бром(3,5– дибром) антраниловых кислот с использованием квантово – химических параметров. // Хим.- фарм. журнал. – Т. 43, №4. – 2009. – С. 3 – 6.
3. 3. Avdeef, A. Absorption and Drug Development, Wiley-Interscience, Hobroken, NJ. 2003. 287 p.
4. Курбатов Е.Р., Чупина Т.А., Коркодинова Л.М.. Гипогликемическая активность замещенных амидов галогенантраниловых кислот // Хим.– фарм. журнал. – Т. 48, №10. – 2014. – С. 37 – 38.

References

1. Andryukov K. V., Korkodinova L.M.. Konstanty lipofilnosti v poiske biologicheski aktivnykh veschestv s protivovospalitelnym dejstviem v ryadu proizvodnykh n- arilzameschennykh antranilovykh kislot. // Fundamentalnye issledovaniya. - 2014. - 3 (part 3). - p. 533-538.
2. Andryukov K. V., Korkodinova L.M., Kremleva O. B.. Prognozirovanie znachenij konstant ionizatsii in series substituted amides and hydrazides of N-acyl-5-bromo (3,5- dibromo) anthranilic acids with using kvantovo - khimicheskikh parametrov. // Khim.- Farm. zhurnal. - t. 43, 4. - 2009. - p. 3 - 6.
3. 3. Avdeef, A. Absorption and Drug Development, Wiley-Interscience, Hobroken, NJ. 2003. 287 p.
4. Kurbatov E. R., Chupina T.A., Korkodinova L.M.. Gipoglikemicheskaya aktivnost zameschennykh amidov halogen anthranilic acids // Khim.- farm. zhurnal. - t. 48, 10. - 2014. - p. 37 - 38.