Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчётный период работа по Проекту велась по нескольким направлениям. В продолжение части исследований были получены новые данные РСА карбоциклических арилгидразонов оксазол-5(4Н)-она. Установлено, что независимо от характера заместителей в арилгидразонном фрагменте в кристаллическом состоянии реализуется Z-конфигурация. Сравнительный анализ структурных параметров трёх карбоциклических арилгидразонов оксазол-5(4Н)-онов позволяет констатировать их значительную планарность независимо то характера и расположения заместителя в ароматическом кольце арилгидразонного фрагмента. Отклонения в геометрических параметрах во фрагментах арилгидразонов вблизи предполагаемых центров связывания BF2 могут влиять на лёгкость образования комплексов BODIHY. Поскольку, ни в одном из полученных монокристаллических образцов арилгидразонов оксазолона E-конфигурация не наблюдается, данный факт побудил нас более глубоко исследовать причину закрепления определённой конфигурации (либо существенного избытка в полученном продукте Z-изомера) гидразона в получаемом продукте в ходе реакции азосочетания. Интермедиат с абсолютной конфигурацией R оказывается в вакууме на 3,91 ккал/моль более выгодным энергетически, причём образующиеся продукты ‒ E- и Z-гидразоны термодинамически практически равнозначны. Небольшая разница в энергиях E- и Z-гидразонов подтверждается и наличием минорного E-изомера в продукте, выделенном в результате реакции до процедуры очистки с помощью перекристаллизации. После перекристаллизации наличие E-изомера 4-нитрофенилгидразона оксазолона существенно уменьшается (остаётся около 1%, по соотношению площадей пиков ВЭЖХ с УФ детектированием): У обоих изомеров в электронных спектрах присутствуют интенсивные полосы поглощения с максимумом вблизи 435 нм, отвечающей n→π* переходу. Кроме того, в мажорном Z-изомере наблюдается полоса поглощения средней интенсивности с максимумом около 255-260 нм, вероятно, не выраженная в E-изомере. Анализ спектров флуоресценции позволяет констатировать, что для ряда замещённых карбоциклических арилгидразонов и гетарилгидразонов оксазолона имеются соединения, характеризующиеся большим стоксовым сдвигом (131-138 нм). Для выяснения возможного направления реакции нами были проведены квантовохимические расчёты взаимодействия эфирата трёхфтористого бора с незамещённым арилгидразоном в качестве модельного субстрата. При этом первичная координация эфирата трёхфтористого бора происходит за счёт электростатических взаимодействий атомов водорода гидразонного фрагмента и фенильного заместителя оксазолонового кольца с атомами фтора эфирата, а барьер конкретно этой стадии определяет энергетический барьер всего процесса и составляет чуть менее 10 ккал/моль. За отчётный период существенно расширена библиотека гидразонов оксазолона – получены первые представители гетарилгидразонов оксазолона. Для одного из представителей выполнен РСА монокристалла. Показано, что он имеет аналогично карбоциклическим ароматическим гидразонам Z-конфигурацию. Следующий раздел работы, проделанной в отчётный период, посвящен изучению возможностей модификации арилгидразонов оксазол-5(4Н)-она тремя алифатическими терминальными диаминами: 1,2-диаминоэтаном, 1,3-диаминопропаном и 1,5-диаминопентаном. Реакцией нуклеофильного присоединения арилгидразонов оксазол-5(4H)-онов с диаминами получены следующие продукты: 2-(2-арилгидразинилиден)-7a-фенилгидро-3H-имидазо[1,2-a]имидазол-3-оны, 2-(2-арилгидразинилиден)-8a-фенилгексагидроимидазо[1,2-a]пиримидин-3(2H)-оны, 2-(2-арилгидразинилиден)-10a-фенилоктагидроимидазо[1,2-a][1,3]диазоцин-3(2H)-оны. Полученные соединения были охарактеризованы набором аналитических данных, включая элементный анализ, ИК-Фурье, одно- и двумерную ЯМР спектроскопию. Помимо спектроскопии ИК и ЯМР структура полученных гидразонов бициклических систем подтверждена с помощью масс-спектрометрии с активацией лазерной десорбцией и ионизации (LDI-MS). Масс-спектры были зарегистрированы в режиме положительных ионов, и молекулярные ионы были на спектрах обнаружены в качестве натриевых и калиевых аддуктов ([M + Na]+ и [M + K]+), расчётные массово-зарядовые числа соответствуют расчётным. Для бромсодержащих молекул молекулярные ионы демонстрируют характерную изотопную картину распределения интенсивностей сигнала. В части испытаний биологической активности синтезированных гидразонов и борфторидных красителей на их основе (BODIHY) были проведены скрининговые исследования. Характерно, что выделенные в ходе реакции комплексообразования с эфиратом трёхфтористого бора красители выделяются более выраженной голубой флуоресценцией. С целью определения способности данных флуоресцентных соединений взаимодействовать с биопленочными культурами мы выращивали бактерии на поверхности покровных стекол и далее окрашивали их флуоресцентными растворами.   После инкубации с флуоресцентными соединениями биопленки в виде препаратов для микроскопии фиксировали как при дневном свете, так и под трансиллюминатором. По результатам первого года проекта были опубликованы три статьи в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science, две рукописи статьи находятся на рассмотрении в журналах (Chemistry Select и ХимФарм Журнал), материалы из которых частично вошли в настоящий отчёт. Материалы были представлены с постерными докладами (Лобанкова А., рук-ль Гринёв В.С.), а также устным докладом (асп. Скляр А.Е.) на 6-ой Российской конференции по медицинской химии МедХим2024 (Нижний Новгород). Материалы, представленные в настоящем отчёте, войдут в курсовые работы студентов III курса бакалавриата Буккуловой Эльвиры, Цимбаленко Владислава, студентки IV курса бакалавриата Егоровой (Калашниковой) Алёны, студентки II года магистратуры Лобанковой Анастасии. Данные, полученные по Проекту вошли в выпускную квалификационную работу (ВКР) студента II курса магистратуры Демешко Ильи. Результаты, полученные по проекту, вошли в докторскую диссертацию (рук-ль Гринёв В.С.), защищённую 15 октября 2024 г.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На втором этапе проекта была синтезирована и полностью охарактеризована серия арилгидразонов имидазодиазабициклоалканонов (соединения 5-7a-e), включающая три серии бициклических структур: 2-(2-арилгидразиниилидене)-7a-фенилгидро-3H-имидазо[1,2-a]имидазол-3-оны (серия 5), имидазопиримидиноны (серия 6) и имидазодиазоциноны (серия 7). Структурная идентификация всех соединений подтверждена одномерной и двумерной ЯМР-спектроскопией. Характерный сигнал четвертичного углерода при 158 м.д. в спектре ¹³C ЯМР служит маркером образования целевых бициклических структур, а корреляции в 2D COSY и HMBC спектрах доказали циклизацию и наличие азо-гидразо таутомерии в полученных соединениях. Важным достижением второго этапа является получение первого представителя имидазо[1,2-a]диазепин-3-онов, а именно 2-(2-(2-нитрофенил)гидразинилиден)-9a-фенилоктагидро-3H-имидазо[1,2-a]диазепин-3-она (соединение 8a), структура которого также подтверждена ЯМР-спектроскопией и корреляционными экспериментами (COSY, HMBC, NOESY). Кроме того, синтезированы первые представители гетероциклических арилгидразонов (соединения 9a-d) на основе 3-амино-1,2,4-триазола, 3-амино-тетразола, 3-амино-5-метил-пиразола и 1,5-диметил-3-оксо-2-фенил-2,3-дигидро-1H-пиразола. Структуры этих новых соединений доказаны методом рентгеноструктурного анализа на примере соединения 9c. Квантовохимические расчеты показали, что гетарилгидразоны имеют сниженное значение энергии зазора между ВЗМО-НСМО (около 3,11 эВ), что обеспечивает более высокую флуоресцентность по сравнению с карбоциклическими аналогами. Исследование оптических свойств синтезированных арилгидразонов (5-7) при повышающемся pH продемонстрировало их химическую стабильность в щелочной среде, имитирующей условия бактериального роста. Наличие в структуре соединений азо-гидразо таутомерии, подтвержденной спектроскопическими методами, создает электронную гибкость, позволяющую молекулам адаптироваться к изменяющимся условиям внутри бактериальной клетки. Электронная делокализация и возможность взаимного перехода таутомерных форм могут облегчить проникновение через липидные мембраны и улучшить способность к связыванию с различными субстратными карманами. Гетероциклические соединения, содержащие имидазол и пиримидиновые кольца, широко изучаются как полифункциональные агенты, способные одновременно взаимодействовать с несколькими молекулярными мишенями. Это свойство особенно ценно в контексте преодоления резистентности, так как позволяет снижать вероятность развития адаптивных мутаций, направленных против какой-либо единственной мишени. Квантовохимические расчеты (DFT/B3LYP/6-31G(d)), проведенные для исследования механизма образования арилгидразонов оксазолона, показали предпочтительное образование Z-изомера за счет большей термодинамической стабильности R-интермедиата. Установлено, что заместитель в положении 2 ароматического кольца стабилизирует молекулу через водородные связи, снижая энергию образования. Результаты исследования демонстрируют четкую корреляцию между размером образованного бициклического цикла, характером арильного заместителя и антибактериальной активностью синтезированных соединений. Увеличение длины алифатической цепи при синтезе оказало противоположное действие на две группы соединений. Для грамположительных бактерий наиболее активные соединения имели более компактную структуру (серии 5 и 6), в то время как расширенные аналоги (серия 7) потеряли активность, что объясняется нарушением планарности молекулы и снижением эффективности взаимодействия с молекулярными мишенями бактериальной клетки. Для грамотрицательных Pseudomonas активность коррелировала обратно с размером цикла (5d > 6d ≥ 7d), предполагая различные механизмы взаимодействия с мишенями в этих организмах. Роль арильного заместителя является критичной для селективности действия. Молекулярный докинг выявил множественные мишени бактериальных белков, взаимодействие с которыми объясняет наблюдаемую в экспериментах антибактериальную активность. В качестве гипотезы положительного синергетического действия синтезированных арилгидразонов имидазодиазабициклоалканонов совместно с рядом антибиотиков предполагается действие изучаемых гидразонов в качестве ингибиторов эффлюкс-систем бактерий. Синтезированные арилгидразоны имидазодиазабициклоалканонов обладают рядом структурных особенностей, которые предполагают их потенциальную способность взаимодействовать с сайтами связывания эффлюкс-насосов. Прежде всего, данные соединения содержат бициклические азотсодержащие гетероциклические системы (имидазоимидазолоны, имидазопиримидиноны и имидазодиазоциноны), которые демонстрируют универсальность в фармакологических приложениях и способность к многочисленным взаимодействиям с белковыми мишенями. Заместители в ароматическом кольце (хлор и бром) имеют оптимальный липофильный характер, обеспечивающий баланс между гидрофобностью и способностью к взаимодействию с гидрофобными карманами эффлюкс-насосов. Рассчитанные показатели log P для активных производных (5c: 3,65, 6c: 4,28, 5d: 3,79, 6d: 4,41, 7d: 5,20) находятся в диапазоне, который теоретически позволяет им проникать через бактериальные мембраны и взаимодействовать с субстратными карманами RND-типа эффлюкс-насосов. Известно, что лиганды с log P в диапазоне 2-5 демонстрируют оптимальное сродство к гидрофобным сайтам связывания в белках. Наличие в молекулах нескольких атомов азота в гетероциклической системе обеспечивает возможность образования водородных связей с полярными остатками в активных центрах эффлюкс-насосов. Исследования кристаллографических структур RND-насосов, таких как AcrB из E. coli и MexB из P. aeruginosa, выявили наличие как гидрофобных остатков, так и полярных, которые участвуют в координировании лигандов. Структура арилгидразонов, содержащая атомы азота в гетероциклической части и арильный фрагмент, придает соединениям амфифильные свойства, что может обеспечивать множественные типы взаимодействий с сайтами связывания эффлюкс-насосов. На основе полученных результатов соединение 6c рекомендуется в качестве перспективного кандидата для разработки против S. aureus благодаря сопоставимой с классическими антибиотиками активности (MIC = 31,3 мкг/мл), выраженному синергетическому эффекту с тетрациклином (ΣFIC = 0,3) и минимальной токсичности. Соединение 5d представляет оптимальный кандидат для разработки против Pseudomonas благодаря максимальной активности против P. aeruginosa V-31 (MIC = 31,3 мкг/мл, MBC = 62,5 мкг/мл), потенциальному механизму ингибирования Quorum Sensing и хорошим фармакокинетическим свойствам.