Синтез и разработка принципиальной технологической схемы получения LSD1 ингибитора
|
Перечень сокращений и обозначений 3
Введение 4
1 Литературный обзор 8
1.1 Биологическая значимость пиримидинов 8
1.2 Способы получения пиримидинов 9
1.3 Технологии производства действующих компонентов лекарственных
препаратов 31
2 Синтетический подход к получению целевого соединения 60
2.1 Синтез производного (3,4,5-триметоксифенил) пиримидина 60
3 Разработка принципиальной технологической схемы производственного
процесса 63
3.1 Материальный баланс производства 63
3.2 Технологическая схема производства 75
3.3 Расчет размеров реакторов 78
4 Расчет экономической эффективности производства 84
Заключение 98
Список используемой литературы и используемых источников 100
Введение 4
1 Литературный обзор 8
1.1 Биологическая значимость пиримидинов 8
1.2 Способы получения пиримидинов 9
1.3 Технологии производства действующих компонентов лекарственных
препаратов 31
2 Синтетический подход к получению целевого соединения 60
2.1 Синтез производного (3,4,5-триметоксифенил) пиримидина 60
3 Разработка принципиальной технологической схемы производственного
процесса 63
3.1 Материальный баланс производства 63
3.2 Технологическая схема производства 75
3.3 Расчет размеров реакторов 78
4 Расчет экономической эффективности производства 84
Заключение 98
Список используемой литературы и используемых источников 100
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
Лизин специфический фермент деметилазы LSD1 регулирует функцию гистоновых белков в клетках посредством деметилирования специфических аминокислотных остатков лизина. Являясь сверхэкспрессированным при различных видах рака, LSD1 рассматривается как проверенная мишень при лечении различных видах опухолевых заболеваний.
К сегодняшнему дню регуляция функций гистоновых белков были изучены в течение длительного времени. Широкое изучение процесса метилирования было изучено только в последние 15 лет. До 2004 года метилирование гистонов считалось необратимой реакцией до LSD1, которая официально подтвердила метилирование гистонов обратимым процессом. Революционное открытие дало новые исследовательские идеи для развития гистоновых модификаций в эпигенетике [8]. Известно, что LSD1 сверхэкспрессируется при многих видах рака: рак легких и мочевого пузыря, нейробластомы и рак молочной железы. Некоторые ингибиторы LSD1 были синтезированы и оценены в доклинических исследованиях.
Гетероциклические соединения широко распространены в природе и имеют большое значение для жизни, поскольку их структурные субъединицы присутствуют во многих природных продуктах, таких как витамины, гормоны и антибиотики; следовательно, они привлекли значительное внимание при разработке биологически активных молекул и передовой органической химии. Также в семействе гетероциклических соединений азотсодержащие гетероциклы являются важным классом соединений в медицинской химии и вносят вклад в общество с биологической и промышленной точек зрения [8]. Соединения, содержащие пиримидиновое ядро, проявляют широкий спектр фармакологической активности. В дополнение к этому, различные аналоги пиримидинов обладают антибактериальными, противогрибковыми, противовоспалительными,
обезболивающими, гипотензивными, жаропонижающими, противовирусными, противодиабетическими, противоаллергическими, противосудорожными, антиоксидантными, антигистаминными, и противоопухолевыми свойствами, а также действуют как блокаторы кальциевых каналов [8]. Поиск мощных и специфических фармакологических ингибиторов LSD1, имеющих ферментативную активность, является важнейшей задачей современной медицинской химии, разработка технологической схемы их производства и расчет материального баланса процесса является актуальной задачей.
Объект исследования: промышленное производство целевого (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина.
Предмет исследования: синтез производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина двухстадийным методом.
Цель: синтез производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина и разработка принципиальной технологической схемы его производства в мультиграммовых количествах.
Гипотеза исследования состоит в предположении возможности промышленного получения (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Для успешной реализации цели были сформулированы следующие задачи:
- Провести анализ способов получения пиримидинов.
- Провести синтез целевого пиримидина.
- Рассчитать материальный баланс процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
- Разработать принципиальную технологическую схему процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
- Предложить реактор для производства целевого пиримидина.
- Рассчитать экономическую эффективность процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные работы зарубежных ученых в области исследования методов получения производных пиримидина.
Методы исследования: анализ литературных источников, аналитические исследования, расчеты технологических процессов и оборудования. В работе были использованы такие методы, как высокоэффективная жидкостная хроматография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследования, описанные в данной работе, проводились в НИЛ «Функциональные- гетероциклические соединения», НИЛ «Физико-химические методы анализа» и НИЛ «Медицинская химия низкомолекулярных ингибиторов киназ» Института химии и энергетики Тольяттинского государственного университета.
Научная новизна исследования:
- Синтез принципиально нового производного (3,4,5-
триметоксифенил)-пиримидина.
- Предложение принципиальной технологической схемы производства целевого соединения.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе и систематизировании научных работ по существующим методам синтеза производных пиримидина и предложении принципиальной технологической схемы производства целевого соединений.
Практическая значимость исследования заключается в предложении оптимизированных условий синтеза производных пиримидина, в синтезе новой структуры (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина и в предложении технологии серийного производства целевого соединения в мультиграммовых количествах.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались на основании результатов экспериментальных исследований.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной литературы по теме исследования, подготовке и проведении экспериментальной части исследования, расчете и проектировании технологической части работы, и формулировке выводов.
Апробация и внедрение результатов велись в течение всего исследования. Результаты докладывались на Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференция «Молодежь. Наука.Общество», Т ольятти.
На конференции представлен доклад по теоретической и практической частям диссертационной работы. По результатам конференции были опубликованы тезисы в сборнике конференции: Гереженко Т.В. Синтез и разработка принципиальной технологической схемы производства ингибитора LSD1 // Сборник конференции «Молодежь.Наука.Общество». 2021. C. 695-698.
На защиту выносится:
- Предложение по синтезу нового производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина двухстадийным методом: в качестве первой стадии проводилось алкилирование тиомочевины c соответствующим бензилхлоридом в этиловом спирте, на второй стадии - реакция трехкомпонентной циклизации изотиурониевой соли, полученной на первой стадии, 3,4,5-триметоксибензальдегида и этилцианоацетата в условиях основного катализа (карбонат калия).
- Предложение принципиальной технологической схемы производства производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Структура магистерской диссертации.
Работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка используемой литературы и используемых источников (85 источников) и содержит 49 рисунков, 39 схем, 13 таблиц, 40 формул. Основной текст работы изложен на 107 страницах.
Лизин специфический фермент деметилазы LSD1 регулирует функцию гистоновых белков в клетках посредством деметилирования специфических аминокислотных остатков лизина. Являясь сверхэкспрессированным при различных видах рака, LSD1 рассматривается как проверенная мишень при лечении различных видах опухолевых заболеваний.
К сегодняшнему дню регуляция функций гистоновых белков были изучены в течение длительного времени. Широкое изучение процесса метилирования было изучено только в последние 15 лет. До 2004 года метилирование гистонов считалось необратимой реакцией до LSD1, которая официально подтвердила метилирование гистонов обратимым процессом. Революционное открытие дало новые исследовательские идеи для развития гистоновых модификаций в эпигенетике [8]. Известно, что LSD1 сверхэкспрессируется при многих видах рака: рак легких и мочевого пузыря, нейробластомы и рак молочной железы. Некоторые ингибиторы LSD1 были синтезированы и оценены в доклинических исследованиях.
Гетероциклические соединения широко распространены в природе и имеют большое значение для жизни, поскольку их структурные субъединицы присутствуют во многих природных продуктах, таких как витамины, гормоны и антибиотики; следовательно, они привлекли значительное внимание при разработке биологически активных молекул и передовой органической химии. Также в семействе гетероциклических соединений азотсодержащие гетероциклы являются важным классом соединений в медицинской химии и вносят вклад в общество с биологической и промышленной точек зрения [8]. Соединения, содержащие пиримидиновое ядро, проявляют широкий спектр фармакологической активности. В дополнение к этому, различные аналоги пиримидинов обладают антибактериальными, противогрибковыми, противовоспалительными,
обезболивающими, гипотензивными, жаропонижающими, противовирусными, противодиабетическими, противоаллергическими, противосудорожными, антиоксидантными, антигистаминными, и противоопухолевыми свойствами, а также действуют как блокаторы кальциевых каналов [8]. Поиск мощных и специфических фармакологических ингибиторов LSD1, имеющих ферментативную активность, является важнейшей задачей современной медицинской химии, разработка технологической схемы их производства и расчет материального баланса процесса является актуальной задачей.
Объект исследования: промышленное производство целевого (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина.
Предмет исследования: синтез производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина двухстадийным методом.
Цель: синтез производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина и разработка принципиальной технологической схемы его производства в мультиграммовых количествах.
Гипотеза исследования состоит в предположении возможности промышленного получения (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Для успешной реализации цели были сформулированы следующие задачи:
- Провести анализ способов получения пиримидинов.
- Провести синтез целевого пиримидина.
- Рассчитать материальный баланс процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
- Разработать принципиальную технологическую схему процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
- Предложить реактор для производства целевого пиримидина.
- Рассчитать экономическую эффективность процесса получения производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные работы зарубежных ученых в области исследования методов получения производных пиримидина.
Методы исследования: анализ литературных источников, аналитические исследования, расчеты технологических процессов и оборудования. В работе были использованы такие методы, как высокоэффективная жидкостная хроматография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследования, описанные в данной работе, проводились в НИЛ «Функциональные- гетероциклические соединения», НИЛ «Физико-химические методы анализа» и НИЛ «Медицинская химия низкомолекулярных ингибиторов киназ» Института химии и энергетики Тольяттинского государственного университета.
Научная новизна исследования:
- Синтез принципиально нового производного (3,4,5-
триметоксифенил)-пиримидина.
- Предложение принципиальной технологической схемы производства целевого соединения.
Теоретическая значимость исследования заключается в анализе и систематизировании научных работ по существующим методам синтеза производных пиримидина и предложении принципиальной технологической схемы производства целевого соединений.
Практическая значимость исследования заключается в предложении оптимизированных условий синтеза производных пиримидина, в синтезе новой структуры (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина и в предложении технологии серийного производства целевого соединения в мультиграммовых количествах.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались на основании результатов экспериментальных исследований.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной литературы по теме исследования, подготовке и проведении экспериментальной части исследования, расчете и проектировании технологической части работы, и формулировке выводов.
Апробация и внедрение результатов велись в течение всего исследования. Результаты докладывались на Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференция «Молодежь. Наука.Общество», Т ольятти.
На конференции представлен доклад по теоретической и практической частям диссертационной работы. По результатам конференции были опубликованы тезисы в сборнике конференции: Гереженко Т.В. Синтез и разработка принципиальной технологической схемы производства ингибитора LSD1 // Сборник конференции «Молодежь.Наука.Общество». 2021. C. 695-698.
На защиту выносится:
- Предложение по синтезу нового производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина двухстадийным методом: в качестве первой стадии проводилось алкилирование тиомочевины c соответствующим бензилхлоридом в этиловом спирте, на второй стадии - реакция трехкомпонентной циклизации изотиурониевой соли, полученной на первой стадии, 3,4,5-триметоксибензальдегида и этилцианоацетата в условиях основного катализа (карбонат калия).
- Предложение принципиальной технологической схемы производства производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина.
Структура магистерской диссертации.
Работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка используемой литературы и используемых источников (85 источников) и содержит 49 рисунков, 39 схем, 13 таблиц, 40 формул. Основной текст работы изложен на 107 страницах.
В данной работе проведен анализ методов синтеза производных пиримидина, в результате которого было определено, что наиболее применимым способом синтеза ваяется трехкомпонентная циклизация изотиурониевой соли, альдегида и цианоацетата в условиях основного катализа с использованием этилового спирта в качестве растворителя.
В магистерской диссертации представлен синтез нового производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина, состоящий из двух последовательных реакций: алкилирования тиомочевины c соответствующим бензилхлоридом в этиловом спирте, выход составил 83%, и реакцией трехкомпонентной циклизации изотиурониевой соли, 3,4,5-триметоксибензальдегида и этилцианоацетата в условиях основного катализа (карбонат калия), выход продукта составил 46%.
Чистота полученных соединений была проанализирована методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Структуры соединений подтвердили методом ядерно-магнитного резонанса расшифровкой спектров 1H.
Был проведен расчет материального баланса исходя из теоретических уравнений реакций и практических данных по выходу полученных соединений. Произведено масштабирование лабораторной методики, на основании которого был рассчитан теоретический объем реакторов для производственной установки мощностью 1 кг целевого продукта в день. Определено, что для производства необходимого количества (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина объем реактора Р-3 должен составлять 15 литров, объем реактора Р-12 - 50 литров.
Разработана принципиальная технологическая схема получения производного (3,4,5-триметоксифенил) -пиримидина, на основе которой может быть разработана полная технологическая схема малотоннажного производства целевых соединений.
Для оценки рентабельности предлагаемой принципиальной технологической схемы для процесса получения производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина был проведен анализ экономической эффективности производственного процесса, из результатов которого видна выгодность и окупаемость предлагаемой технологии. Чистая прибыль от продажи килограмма продукции составит 95000 рублей. По произведенным расчетам видно, что процесс в теории является выгодным и по предварительным расчетам полные капитальные затраты окупаются в течение 1-2 месяцев.
В магистерской диссертации представлен синтез нового производного (3,4,5-триметоксифенил)-пиримидина, состоящий из двух последовательных реакций: алкилирования тиомочевины c соответствующим бензилхлоридом в этиловом спирте, выход составил 83%, и реакцией трехкомпонентной циклизации изотиурониевой соли, 3,4,5-триметоксибензальдегида и этилцианоацетата в условиях основного катализа (карбонат калия), выход продукта составил 46%.
Чистота полученных соединений была проанализирована методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Структуры соединений подтвердили методом ядерно-магнитного резонанса расшифровкой спектров 1H.
Был проведен расчет материального баланса исходя из теоретических уравнений реакций и практических данных по выходу полученных соединений. Произведено масштабирование лабораторной методики, на основании которого был рассчитан теоретический объем реакторов для производственной установки мощностью 1 кг целевого продукта в день. Определено, что для производства необходимого количества (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина объем реактора Р-3 должен составлять 15 литров, объем реактора Р-12 - 50 литров.
Разработана принципиальная технологическая схема получения производного (3,4,5-триметоксифенил) -пиримидина, на основе которой может быть разработана полная технологическая схема малотоннажного производства целевых соединений.
Для оценки рентабельности предлагаемой принципиальной технологической схемы для процесса получения производного (3,4,5- триметоксифенил)-пиримидина был проведен анализ экономической эффективности производственного процесса, из результатов которого видна выгодность и окупаемость предлагаемой технологии. Чистая прибыль от продажи килограмма продукции составит 95000 рублей. По произведенным расчетам видно, что процесс в теории является выгодным и по предварительным расчетам полные капитальные затраты окупаются в течение 1-2 месяцев.



