Аннотация проекта, выполненного в рамках ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Государственный контракт № 02.740.11.5174 от«12» марта 2010 г.

Тема: «Разработка методов синтеза органических пероксидов и получение на их основе соединений с целью создания противоопухолевых и антипаразитарных препаратов

нового класса»

Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт органической химии

им. Н.Д. Зелинского РАН Ключевые слова: пероксиды, тетраоксаны, синтез, расчет, биологическая активность, антипаразитарная активность, противоопухолевая активность 1. Цель проекта 1. Проект направлен на разработку антипаразитарных и противоопухолевых средств на основе пероксидов и на обеспечение взаимодействия с российским учеными за рубежом.

2. Целью исследований являлся поиск закономерностей пероксидирования карбонильных соединений, разработка новых и селективных методов получения органических пероксидов, принадлежащих, главным образом, к классу геминальных биспероксидов; получение на основе предлагаемых методов известных и новых пероксидов; обнаружение с использованием расчетных и экспериментальных методов структур с антипаразитарной и противоопухолевой активностью. Целью выполнения НИР являлось обеспечение развития устойчивого и эффективного взаимодействия с российскими учеными, работающими за рубежом, закрепление их в российской науке и образовании, использование их опыта, навыков и знаний для развития отечественной системы науки, образования и высоких технологий.

2. Основные результаты проекта 1) Предложен удобный, простой в экспериментальном исполнении и селективный метод получения мостиковых 1,2,4,5-тетраоксанов, основанный на катализируемой сильными кислотами (H2SO4, HClO4, HBF4 и BF3) реакции пероксида водорода с -дикетонами; выход составляет от 46 до 77%.

R'' R'' O H2O2, H+ R' O R' O R Растворитель O R O O 16 примеров; выход 46-77% 1,2,4,5-Тетраоксаны легко отделяются от остальных продуктов реакции колоночной хроматографией. Ключевым фактором, определяющим выход и селективность образования 1,2,4,5-тетраоксанов является высокая концентрация сильной кислоты. В отличие от многих соединений со связью O-O, которые перегруппировываются в кислых средах, полученные циклические пероксиды в этих условиях вполне устойчивы.

С помощью программы PASS 10.1, прогнозирующей более 4000 видов активности со средней точностью около 95% сделан расчет вероятности наличия антипаразитарных и противораковых свойств. В качестве базовых структур для расчета впервые использованы соединения, содержащие фармакофорный мостиковый 1,2,4,5-тетраоксановый фрагмент, а также иодпероксиды и адамансодержащие пероксиды.

Согласно прогнозу, вероятность выявления антипаразитарной активности у большинства соединений существенно выше вероятности выявления противоопухолевой активности. Большая часть структур представляет интерес как потенциальные антипаразитарные средства.

Экспериментально показано, что ряд тетраоксанов in vitro в концентрации 10 мкг/мл вызывает гибель шистосомул в течение 17 часов, а один из мостиковых тетраоксанов вызывает гибель шистосомул в концентрации 1 мкг/мл через 24 часа, что является очень высоким результатом.

Проведен научный семинар по теме: “Противоопухолевые пероксиды”. Было показано, что наибольший интерес для разработки лекарственных средств проедставляют пяти- и шестичленные пероксиды, входящие в состав природных или близких к ним структур. Также, очень важной особенность проявления пероксидами противоопухолевых свойств, является факт нахождения пероксидного фрагмента в составе цикла. Проведен научный семинар по теме: “Методы синтеза пероксидов из кетонов и альдегидов“. Показано, что большинство известных методов получения пероксидов основаны на реакциях кетонов с пероксидом водорода, катализируемых протонными и Льюисовыми кислотами, катализируемой вольфрамовой кислотой конденсации кеталей с Н2О2 и озонолиза простых эфиров енолов и -олефинов в присутствии Н2О2.

Проведён ряд дополнительных исследований по оптимизации методов синтеза и структур пероксидов, в результате которых показано, что наиболее перспективные мостиковые тетраоксаны можно получать с выходом в диапазоне от 43 до 82% с получением количеств целевого пероксида до 10 граммов. Эти показатели являются надежной основой для разработки опытного производства по получению мостиковых тераоксанов.

Обобщены результаты исследований, согласно которым выделено 5 соединений на основе которых перспективно создавать регламент производства, а также глубоко изучать токсикологию и возможные побочные эффекты применения.

Отобранные пять лидерных тетраоксанов синтезируются с использованием доступных реагентов – дикарбонильных соединений, бензилбромида, акрилонитрила, адамантанола, аллилбромида и иодбутана. Все синтезы являются двухстадийными. На первой стадии происходит присоединение алканового фрагмента к дикарбонильному соединению, на второй - пероксидирование карбонильных групп водным раствором пероксида водорода.

Проведены научные семинары по тематике «Противомалярийные пероксиды» и «Методы синтеза пероксидов из непредельных соединений». Материалы семинаров представляют интерес для широкого круга студентов старших курсов, аспирантов и преподавателей, занятых в сфере органической и медицинской химии, а также фармацевтики.

На основе материалов семинаров разработан курс занятий, который предлагается студентам и аспирантам ИОХ РАН, РХТУ им. Д.И. Менделеева и ММА им. И.М. Сеченова.

2) Ряд пероксидов (16 штук) синтезирован в количествах (50-100 мг). На примере получения 6 пероксидов показано, что синтез может быть масштабирован с получением пероксидов в количестве до 10 граммов. Строение всех использованных соединений доказано с использованием данных ЯМР 1Н и 13С спектроскопии. Целевые 1,2,4,5-тетраоксаны выделены с использованием колоночной хроматографии с высокой степенью чистоты (свыше 98% по данным элементного анализа), что соответствует требованиям к степени чистоты.

3) Ранее, другими исследователями предпринимались попытки получения тетраоксана только из простейшего -дикетона – ацетилацетона; соответствующий тетраоксан был получен с общим выходом всего лишь 18.5% (что в несколько раз хуже полученного нами результата) в расчете на две стадии: образования 5-гидроперокси-3,5-диметил-1,2-диоксолан-3ола в нейтральной среде из ацетилацетона и пероксида водорода, с последующей его внутримолекулярной циклизацией под действием P2O5 в диэтиловом эфире. Также отмечено, что лишь в следовых количествах этот тетраоксан образуется в ходе катализированного серной кислотой синтеза 3,5-дигидроперокси-3,5-диметил-1,2-диоксолана из ацетилацетона и пероксида водорода.

4) Результаты исследований соответствуют мировому уровню или превосходят его, что подтверждает их публикация в лучших международных журналах, а также изучение полученных веществ Швейцарским институтом тропической медицины.

3. Назначение и область применения результатов проекта 1) Области применения – медицина, здравоохранение и фармацевтика.

2) Потребители – больницы, аптечные сети, подразделения ВОЗ и институты. Потенциальное влияние инновационной продукции и услуг, созданных на их основе, на структуру производства и потребления в соответствующих секторах экономики – за последние 10 лет применение Артемизинина значительно изменило подходы и методы лечения Малярии, поменяло номенклатуру производимых в мире препаратов. Аналогичный эффект можно предположить вследствие получаемых нами пероксидов.

3) Оценка или прогноз влияния полученных результатов на развитие научно-технических и технологических направлений: поскольку область использования пероксидов в фармацевтике является сравнительно новой, патентование интеллектуальной собственности не затруднено и сейчас необходимо для занятия рынка.

4) Создание принципиально новой продукции – получение принципиально новых лекарственных препаратов, повышение продолжительности и качества жизни, снижение себестоимости лечения.

5) Коммерциализация проектом не предусмотрена.

6) Прогнозная оценка экономических, производственных и др. условий и факторов, необходимых для обеспечения социально-экономических эффектов от использования продукции (услуг), созданных на основе результатов данного исследования, за счёт коммерциализации в экономически целесообразных объёмах – необходимо создание малого предприятия или кооперация с существующим производством, договоренность с аптечной сетью, поддержка со стороны государства по клиническим испытаниям и сертификации препаратов.

4. Достижения молодых исследователей – участников Проекта В проекте принимал участие д.х.н. Терентьев Александр Олегович, который предложил принципиально новые методы синтеза антипаразитарных пероксидов, что позволить продолжить разработку лекарственных средств на их основе. Его разработки получили признание за рубежом.

В проекте принимал участие аспирант Яременко Иван Андреевич, который на основании результатов работы в 2011 году получил диплом 3 степени на Всероссийском конкурсе инновационных проектов и идей научной молодежи.

Аспирант (теперь канд.хим.наук) Борисов Дмитрий Александрович реализовал новый подход к получению пероксидных циклов. В настоящее время с использованием его исследований в малой инновационной компании разрабатываются пероксидные антимикробные препараты нанесенные на алюмосиликатные нанотрубки.

5. Опыт закрепления молодых исследователей – участников Проекта в области науки, образования и высоких технологий При выполнении контракта один аспирант защитил кандидатскую диссертацию и перешел на работу в ИОХ РАН на полную ставку в качестве научного сотрудника. Трое аспиран тов проводили научно-практические исследования при поддержке средств госконтракта. В разное время к работе для повышения квалификации, выполнения курсовых и дипломных работ привлекалось от 5 до 6 студентов ведущих профильных высших учебных заведений, которые получали заработную плату из средств госконтракта. В целом проблем по привлечению молодых исследователей в ИОХ РАН не было. Основная сложность – после выполнения контракта ряд исследователей будут вынуждены искать новое место работы. Два года выполнения проекта – недостаточный срок для формирования устойчивого коллектива, способного за счет своей квалификации к автономному существованию.

6. Перспективы развития исследований 1) При выполнении государственного контракта с приглашённым исследователем д.х.н.

профессором В.М. Дембицким (Израиль, г. Иерусалим, Еврейский университет) наладилось плодотворное сотрудничество в области медицинской и синтетической химии органических пероксидов, которое будет развито в последующее пятилетие.

В 2112 и последующих годах с В.М. Дембицким планируется продолжить работу по поиску антипаразитарных средств на основе пероксидов, которая ориентировочно будет выполняться до 2115 года включительно. За это время лидерные антипаразитарные структуры должны пройти ряд испытаний на животных и наиболее перспективные соединения перейдут к стадии клинических испытаний на людях. Эта работа будет выполняться с участием Швейцарского института тропической медицины. Далее совместно с В.М. Дембицким планируется разработка основ технологии производства антипаразитарных пероксидных препаратов, кооперация с производственными коллективами и производство препаратов. Возможно направление заявки на поддержку ОКР с целью производства антипаразитарных пероксидов.

В 2112-2115 годах под руководством В.М. Дембицкого планируется проведение стажировок студентов и аспирантов в Еврейском университете (Израиль) с целью укрепления сотрудничества и повышения квалификации отечественных молодых специалистов, закрепления их в сфере науки и образования.

В 2112-2115 годах будет проведена работа по написанию совместной книги по химии и применению пероксидов, которую планируется издать на русском и английском языках.

2) Проекты НОЦ по аналогичной тематике: разработка биологически активных веществ на основе пероксидов не выполняются.

3) В рамках работы по данному проекту налажено активное сотрудничество со Швейцарией.

Испытания на антипаразитарную активность проводятся в Швейцарском институте тропической медицины (г. Базель). В этом городе расположена штаб-квартира крупнейшей фармацевтической компании Новартис, которая проявляет интерес к антипаразитарным веществам на основе пероксидов.

7. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках исследования, разработки 1) Создание результатов интеллектуальной деятельности в рамках проекта не планировалось, возможно, с использованием полученных результатов в 2112 году будет подана заявка на получение патента.

8. Список публикаций в рамках проекта Vladimir; нильных соедине- Hydroperoxide.

Nikishin ний трет-бутилGennady гидропероксидом Vladimir V. малононитрила и Cyanoacetic Ester by Chernyshev, циануксусного tert-Butyl Valery M. эфира трет-бутил- Hydroperoxide at the Dembitsky, гидропероксидом Position.

Веденяпин, 3,12-диметилГ.И. Ники- 7,8,15,16-тетраокшин. садиспиро[5.2.5.2] 9. Диссертации, представленные к защите в рамках проекта № Ф.И.О. Наимено- Вид дис- Наимено- Номер Дата за- Краткое опиучастника вание дис- сертации вание и диссер- щиты сание связи 10. Выступления на конференциях Alexander Синтез циклических Synthesis of cyclic International Congress Обсуждение реO. Terent’ev пероксидов peroxides on Organic Chemistry зультатов синтеdedicated to the за ключевых веoutstanding Russian ществ Никишин Терентьев пероксидов.

11. Внедрение результатов проекта в образовательный процесс Руководитель работ по проекту 31 октября 2011 г.

М.П.

Количество кандидатов наук – исполнителей НИР, представивших Количество аспирантов – исполнителей НИР, представивших Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких технологий (зачисленных в аспирантуру или принятых на работу в учреждения высшего профессионального образования, комплекса, энергетической, авиационно-космической, атомной отраслей и иных приоритетных для Российской Федерации отраслей промышленности) в период выполнения НИР (нарастающим Количество исследователей – исполнителей НИР, результаты российских и зарубежных журналах (нарастающим итогом) Количество молодых кандидатов наук – исполнителей НИР, работающих в научной или образовательной организации на полную ставку, принявших участие в работах в течение всего срока Количество аспирантов, принявших участие в работах в течение Количество студентов, принявших участие в работах в течение всего Доля фонда оплаты труда руководителя НИР, проживающего за рубежом, в общем объеме фонда оплаты труда по НИР Продолжительность очного участия в исследованиях зарубежного Организация приглашенным исследователем проведения в России Наименование программных индикаторов Доля исследователей (научных сотрудников) в возрасте 30-39 лет (включительно) в общей численности исследователей организации Численность научных сотрудников организации в возрасте 30 - Доля исследователей (научных сотрудников) в возрасте 30-39 лет секторе высшего образования Численность научных сотрудников организации в возрасте 30 - Доля профессорско-преподавательского состава (ППС) государственных и муниципальных высших учебных заведений в Доля исследователей (научных сотрудников) высшей научной исследователей организации в возрасте до 39 лет (включительно) Численность научных сотрудников организации в возрасте до 39 лет Численность научных сотрудников организации - докторов наук до Численность научных сотрудников организации - кандидатов наук Доля профессорско-преподавательского состава (ППС) высшей научной квалификации (кандидаты и доктора наук) в общей Количество аспирантов, принявших участие в работах по данной - из них, представивших диссертации в диссертационный совет Количество докторантов, принявших участие в работах по данной - из них, представивших диссертации в диссертационный совет Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких технологий (зачисленных в аспирантуру или принятых на работу в учреждения высшего профессионального образования, комплекса, энергетической, авиационно-космической, атомной отраслей и иных приоритетных для Российской Федерации отраслей промышленности) в период выполнения НИР (нарастающим Доля исследователей в области естественных и технических наук в организациях участниках Программы (НИР), результаты работы высокорейтинговых российских и зарубежных журналах Количество исследователей - исполнителей данной НИР (научных сотрудников, ППС, аспирантов) - из них, количество исследователей, результаты работы которых российских и зарубежных журналах (нарастающим итогом) Количество разработанных образовательных программ бакалавриата Количество разработанных образовательных программ Количество разработанных образовательных программ аспирантуры Количество разработанных образовательных программ доп.

Количество изданных (подготовленных) монографий, учебников и учебных пособий по результатам выполнения НИР Количество подготовленных и опубликованных статей в ИР 1.5.7 высокорейтинговых российских журналах по результатам шт. --- --- 1 1 Количество подготовленных и опубликованных статей в ИР 1.5.8 высокорейтинговых зарубежных журналах по результатам шт. --- --- 1 1 Количество сделанных докладов на всеросийских конференциях и семинарах по результатам выполнения НИР Количество сделанных докладов на международных конференциях и семинарах по результатам выполнения НИР Количество созданных в рамках НИР объектов интеллектуальной собственности (всего), в т.ч.:

Объект интеллектуальной собственности, охраняемый в режиме коммерческой тайны (ноу-хау) (Егоров М.П.)