Феназепам, 1,4-бензодиазепины

Производные 1,4-бензодиазепина

В связи с легкой замещаемостью радикалов по различным положениям в молекуле бензодиазепина было синтезировано и исследовано более 3 тысяч соединений, из которых несколько десятков зарегистрированы в различных странах в качестве лекарственных средств [3].

1.4 Физические и физико-химические свойства производных 1,4-бензодиазепина

1.4.1 Липофильность производных 1,4-бензодиазепина

Коэффициенты распределения Р в системе вода - несмешивающийся в ней растворитель биологически активных веществ в определенной степени характеризуют способность последних проникать через биомембраны. Данные характеристики в сочетании с другими физико - химическими параметрами широко используются для установления связи между структурой и биологической активностью веществ и для математического прогнозирования активности новых соединений. На рисунке 1.3 представлена общая формула производных 1,4-бензодиазепина.

Рисунок 1.3 - Общая формула производных 1,4-бензодиазепина

Коэффициенты распределения 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепинов-2-онов определялись в системе н-октанол - фосфатный буфер (рН = 7.4) и представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Величина lg P 1,2 - дигидро-3Н-1,4-бензодиазепинов-2-онов

Из таблицы видно, что феназепам (соединение номер 6) имеют одно из наибольших значений lg P, что говорит о его высокой способности проникать через биомембраны.

Для некоторых групп и радикалов были найдены константы р - константа гидрофобности заместителя, значение которых представлены в таблице 1.3 [3,4].

Таблица 1.3

Константы р радикалов и групп

1.4.2 Инфракрасные спектры производных 1,4-бензодиазепина

Легко интерпретируемые спектры получаются при работе с растворами в четыреххлористом углероде. Однако низкая растворимость в нем многих бензодиазепинов не всегда позволяет получать такие спектры. Спектры кристаллических образцов 1,4 - бензодиазепинов, как правило, сложнее вследствие межмолекулярных взаимодействий. В них достоверное отнесение можно сделать только для некоторых характеристических полос.

В качестве примера можно описать ИК - спектры соединений, изображенных на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Производные 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепина:

7-хлор-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-он (а); 7-хлор-5-фенил-1,2,3,4-тетрагидробензодиазепин-2-он (б); 7-хлор-1-метил-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-он (в); 7-хлор-1-метил-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин (г)

На рисунке 1.5 представлены ИК-спектры этих соединений.

Спектры этих соединений содержат полосу поглощения двойной связи С₅=N₄ в области 1600 - 1620 см^-1. Правильность отнесения этой полосы подтверждается ее отсутствием в спектре соединения (б).

Наиболее интенсивная полоса поглощения в спектрах 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов, располагающаяся в области 1690 - 1700 см^-1, соответствует валентным колебаниям связи С=О.

В спектрах наблюдаются полосы поглощения свободной и связанной NH - группы. Наиболее интенсивная из полос (в области около 3180 см^-1) отвечает колебаниям связи амидной группы, имеющей S-цис-конфигурацию.

Рисунок 1.5 - ИК-спектры:

7-хлор-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-он (а);

7-хлор-5-фенил-1,2,3,4-тетрагидробензодиазепин-2-он (б);

7-хлор-1-метил-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-он (в);

7-хлор-1-метил-5-фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин (г) в четыреххлористом углероде

Интенсивная полоса в области около 1320 см^-1 может быть отнесена к валентным колебаниям связи С-N третичного амина. В спектре тетрагидробензодиазепина эта полоса отсутствует.

Серия полос в интервале волновых чисел 1300 - 900 см^-1, вероятно, отвечает деформационным колебаниям связей С-Н бензольных колец (1300 - 1000 см^-1 - плоскостные колебания, 1000 - 900 см^-1 - внеплоскостные колебания) [4-6].

1.4.3 Ультрафиолетовые спектры производных 1,4-бензодиазепина

В электронных спектрах 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов обычно имеется три полосы поглощения с максимумами при 200 - 215, 220 - 240 и 290 - 330 нм. Две первые полосы соответствуют возбуждению ароматических хлороформов. Третью - длинноволновую - полосу относят к азометиновой связи, сопряженной с бензогруппой [4,6].

На рисунке 1.6 представлен УФ-спектр феназепама.

Рисунок 1.6 - УФ-спектр феназепама

1.4.4 Масс - спектры производных 1,4-бензодиазепина

Значение метода масс - спектрометрии не ограничивается доказательством структуры новых соединений. Особую ценность метод приобретает в исследования биотрансформации (метаболизма) препаратов.

Основные пути распада 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов под электронным ударом представлены на рисунке 1.7.

Элиминирование водорода от молекулярного ион-радикала происходит в основном (примерно на 70%) из орто-положения арильного заместителя у атома С⁵. Отщепление радикала H₂CN от молекулярного ион-радикала приводит к ионам «F₂», дающим в спектрах весьма интенсивные пики. В случае когда R₃?H, наблюдается элиминирование радикала R₃HCN. Дальнейший распад ионов «F₁» и «F₂» сопровождается отщеплением окиси углерода и атома водорода. Элиминирование молекулярными ионами молекулы HCN имеет место при фрагментации бензодиазепинов с электроакцепторными заместителями в положении 7.

Несмотря на то что 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепины-2-оны и 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-тионы весьма близки по структуре, в характере их фрагментации под электронным ударом имеются существенные различия. Характерные для бензодиазепинтионов пути распада заключаются в элиминировании молекулярным ион-радикалом атома водорода, потере радикала •SH молекулярными и [M-H]+ ионами, отщеплении HCN. Особенности распада бензодиазепинтионов, очевидно, связаны с лактам-лактимной таутомерией молекулярных ионов.

Особенностью распада 5-(галогено)фенил-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов является элиминирование радикала галогена молекулярными ион-радикалами, приводящее к образованию ионов «F₈», «F₉», «F₁₀» наряду с обычными для бензодиазепинов ионами, сохраняющими атомы галогенов в фенильном ядре [4,7].

Рисунок 1.7 - Схема основных путей распада 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов под электронным ударом

1.5 Химические свойства производных 1,4-бензодиазепина

1.5.1 Кислотно-основные свойства производных 1,4-бензодиазепина

1,4-Бензодиазепины и их дигидропроизводные проявляют слабоосновные свойства (гетероатом азота N₄). При введении в ядро 1,4-бензодиазепинов карбонильных и оксигрупп основность их снижается. Феназепам, например, в среде метилэтилкетона ведет себя как слабое однокислотное основание. Основность азота в азометиновой группе сильно снижается за счет сопряжения с кольцом бензола при С₅.

Присоединение протона при взаимодействии с кислотой происходит за счет гетероатома азота N₄. Исключение составляет хлозепид, у которого положительный заряд при присоединении протона распределяется по триаде, между гетероатомом азота N₁ и атомом азота метиламиногруппы N₂.

Слабоосновные свойства бензодиазепинов лежат в основе их количественного определения методом кислотно-основного титрования в не водных средах.

Основность соединений данного типа увеличивается при наличии основных заместителей. При введении в ядро 1,4-бензодиазепинов карбонильных, окси- и карбоксильных групп основность соединений снижается.

Бензодиазепины как азотсодержащие основания могут давать реакции с осадочными реактивами. Например, сибазон образует розовый осадок с аммония рейнекатом в кислой среде.

0,05 г препарата сибазона растворяют в 2 мл разведенной кислоты хлороводородной, прибавляют 2 мл раствора аммония рейнеката. Образуется розовый осадок, растворимый в ацетоне (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Реакция сибазона с аммония рейнекатом в кислой среде

С концентрированными кислотами (серной, хлороводородной, хлорной) 1,4-бензодиазепины образуют окрашенные соли, которые флюоресцируют в УФ-свете. Это испытание используется для идентификации препаратов.

К 1 мл раствора феназепама 3% для инъекций прибавляют 3 капли концентрированной кислоты серной и перемешивают. Раствор окрашивается в желтый цвет. В УФ-свете раствор дает ярко-зеленую флюоресценцию.

С концентрированной кислотой серной сибазон дает в УФ-свете зеленовато-голубую флюоресценцию, нитразепам - голубую флюоресценцию.

Соединения с лактамной группой (рисунок 1.9) проявляют слабокислотные свойства, образуя соли при действии сильных оснований.

Рисунок 1.9 - Лактамная группа

Наряду со слабоосновными свойствами сибазон, нозепам и нитразепам проявляют и слабокислотные свойства; они реагируют с сильными основаниями, например с диметилформамидом, образуя соответствующие анионы. Так, сибазон (слабая СН-кислота) и нозепам (слабая NH-кислота) образуют соответствующие депротонированные соединения (анионы) - рисунок 1.10 [4,6].

Рисунок 1.10 - Депротонированный нозепам

1.5.2 Реакция диазотирования и гидролиз производных 1,4-бензодиазепина

Реакция диазотирования лежит в основе нитритометрического метода количественного определения производных данной группы, образование азокрасителя используется для их идентификации и фотоколориметрического количественного определения.

0,02 г феназепама нагревают до кипения с 2 мл разведенной кислоты хлороводородной в течение 3 минут и охлаждают. Полученный раствор дает характерную реакцию на первичные ароматические амины. В качестве азосоставляющей применяют фенолы в щелочной среде: резорцин (рисунок 1.11), в-нафтол (рисунок 1.12) или ароматические амины в кислой среде (красная окраска).

Рисунок 1.11 - Реакция диазотирования феназепама с резоцином (красное окрашивание)

Рисунок 1.12 - Реакция диазотирования феназепама с в-нафтолом (оранжево-красный осадок)

Соль диазония, полученную из нитразепама, сочетают в кислой среде с N-1-нафтилэтилендиамином; образуется азокраситель красного цвета (рисунок 1.13) [4,7].

Рисунок 1.13 - Образование азокрасителя из нитрозепама

При нагревании нитразепама с цинковой пылью в кислой среде, кроме гидролитического разложения, происходит восстановление ароматической нитрогруппы до аминогруппы с образованием 2,5-диаминобензофенона (рисунок 1.14), который дает реакции диазотирования и азосочетания по обеим аминогруппам.

Рисунок 1.14 - 2,5-Диаминобензофенон

Несколько иначе протекает кислотный гидролиз хлозепида. 0,05 г хлозепида нагревают до кипения с разведенной кислотой хлороводородной в течение 2 мин и охлаждают. Вначале происходит присоединение воды по двойной связи 1-2, затем отщепление метиламина и образование амидной связи, а далее - гидролиз лактамной (амидной) связи (рисунок 15) [4].

Полученный раствор дает характерную реакцию на первичные ароматические амины с образованием оранжево-красного осадка.

Сибазон не дает реакции образования азокрасителя, так как при кислотном гидролизе образуется вторичная ароматическая аминогруппа.

Рисунок 15 - Схема гидролиза хлозепида

При щелочном гидролизе в жестких условиях (сплавление с натрия гидроксидом или кипячение с раствором щелочи) из амидной группы бензодиазепинов образуется аммиак или метиламин (сибазон), окрашивающие влажную красную лакмусовую бумагу в синий цвет. При этом нозепам образует на стенках пробирки налет изумрудно-зеленого цвета. Реакция сплавления со щелочью используется для идентификации 1,2-дигидро-ЗН-1,4-бензодиазепин-2-онов [7].

1.5.3 Ацилирование производных 1,4-бензодиазепина

При ацилировании 3Н-1,4-бензодиазепинов в зависимости от их структуры условий реакции получаются различные продукты.

Ацилирование хлордиазепоксида (рисунок 1.15) уксусным ангидридом при комнатной температуре приводит к N-ацетильному производному (I). При действии горячего уксусного ангидрида или ацетилхлорида в диметилформамиде образуется продукт перегруппировки Полоновского (II). Продолжительное нагревание хлордиазепоксида с уксусным ангидридом дает продукт N-ацетилирования и перегруппировки (III) [4,7].

Рисунок 1.15- Схема ацилирования хлордиазепоксида

1.5.4 Алкилирование производных 1,4-бензодиазепина

1,4-Бензодиазепины алкилируются по положениям 1 и 4, а иногда по положению 3 (рисунок 1.16). Кроме того, реакцией алкилирования различные группы можно ввести в качестве заместителей в уже имеющиеся заместители. Чаще всего алкилирование проводят в присутствии оснований (NaОH, NH₂Na, CH₃ONa, щелочи и т.д.) [4,8].

Рисунок 1.16- Алкилирование производных 1,4-бензодиазепина

1.5.5 Окисление производных 1,4-бензодиазепина

2-Окси-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепины окисляется хромовым ангидридом. Четырехокись рутения окисляет 2-окси-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-оны до нестабильных б-дикарбонильных производных (рисунок 1.17).

Рисунок 1.17- Окисление 2-окси-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепина

Озонирование 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов, незамещенных в положении 5, приводит к 2,5-дионам (рисунок 1.18) [4,9].

Рисунок 1.18- Озонирование 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов

1.5.6 Восстановление производных 1,4-бензодиазепина

Разработанные методы гидрирования соединений данного класса позволяют проводить селективное восстановление того или иного фрагмента молекулы.

N-окиси 1,4-бензодиазепинов восстанавливаются до соответствующих дезоксидных производных треххлористым фосфором, водородом в присутствии никеля или железным порошком в среде уксусной кислоты. Так же может восстанавливаться и соседняя азометиновая связь (рисунок 1.19).

Рисунок 1.19- Восстановление N-окиси 1,4-бензодиазепинов

Хлордиазепоксид по-разному восстанавливается водородом на палладиевом и платиновом катализаторах: в первом случае восстановление идет с элиминированием атома хлора из положения 7 и атома кислорода аминооксидной группы, во втором - восстанавливается аминооксидная группа и примыкающая к ней азометиновая связь (рисунок 1.20).

Рисунок 1.20- Восстановление хлордиазепоксида на платиновом и палладиевом катализаторах

Несколько иные различия отмечены при восстановлении на палладиевом и платиновом катализаторах соединения с заместителями

R₁ = Cl, R₂ = C₆H₅, R₃=H

Если на палладиевом катализаторе, как и при восстановлении хлордиазепоксида, элиминируется атом хлора и атом кислорода из положения 7 и 4 соответственно, то гидрогенизация на платине данной N-окиси приводит к 4-окситетрагидро-1,4-бензодиазепин-2-ону (рисунок 1.21).

Рисунок 1.21- Восстановление соединения с заместителями R₁ = Cl,

R₂ = C₆H₅, R₃ = H на палладиевом и платиновом катализаторах

1,2-Дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-оны и 3,4-дигидро-5Н-1,4-бензодиазепин-5-оны гидрируются водородом на платине по азометиновым связям (рисунок 1.22) [4,7,9].

Рисунок 1.22- Восстановление на платиновом катализаторе 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-она

1.5.7 Нитрование производных 1,4-бензодиазепина

При нитровании 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов положение вступающей в ароматическое ядро нитрогруппы определяется ориентирующим влиянием отдельных фрагментов молекул веществ.

Бензодиазепины при R₁=H нитрируются в положение 7, что согласуется с пара-ориентирующим влиянием амидного фрагмента диазепинового ряда. При наличии в положении 7 заместителя (Cl или NO₂) нитрогруппа вступает в мета-положение кольца С, что также объясняется с позиций общих представлений об ориентирующем влиянии заместителей и групп. При дальнейшем нитровании вторая нитрогруппа, как и следовало ожидать, вступает в положение 9 (рисунок 1.23).

Рисунок 1.23- Схема нитрования 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов

При действии дымящей азотной кислоты на бензодиазепины в среде уксусного ангидрида получаются 4-нитро-5-ацетилокси-1,2,3,4-тетрагидро-1,4-бензодиазепин-2-оны (рисунок 1.24) [4,9].

Рисунок 1.24- Нитрование дымящей азотной кислотой производных 1,4-бензодиазепина

1.5.8 Галогенирование производных 1,4-бензодиазепина

Атом хлора может быть введен в 1,4-бензодиазепины реакцией электрофильного и радикального замещений. 7-хлор-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-оны образуются при действии хлора в присутствии хлорного железа на бензодиазепины в нитробензоле либо взаимодействием этих же веществ с N-хлорсукцинимидом (NCS) в среде метиленхлорида. Действие органических или минеральных гипохлоритов приводит к 1-хлор-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онам (рисунок 1.25).

Подвижный атом хлора в соединениях легко мигрирует по внутримолекулярному механизму, замещая атомы водорода у б-углеродного атома заместителя R₂.

Рисунок 1.25- Галогенирование производных 1,4 -бензодиазепина

Атомы хлора или брома могут быть введены в положение 3 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов действием N-хлор- или N-бромсукцинимидом. 3-хлорбензодиазепины получаются также при действии на 3-окси-1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2оны хлористого тионила (рисунок 1.26).

Рисунок 1.26 - Галогенирование 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов в положение 3

5-Галоген-1,4-бензодиазепины образуются при бромировании тетрагидро-1,4-бензодиазепинов (рисунок 1.27), а так же замещением карбонильного атома кислорода в дионах (рисунок 1.28) [4,7,9].

Рисунок 1.27 - Бромирование тетрагидро-1,4-бензодиазепинов

Рисунок 1.28- Замещение карбонильного атома кислорода в дионах

1.5.9 Замещение атома кислорода на серу в производных 1,4-бензодиазепина

При кипячении 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов с пятисернистым фосфором в пиридине образуется соединение изображенное на рисунке 1.29.

Рисунок 1.29 - Реакция 1,2-дигидро-3Н-1,4-бензодиазепин-2-онов с пятисернистым фосфором

Реакции нуклеофильного присоединения по связи С=S позволяют получать разнообразные 2-замещенные 1,4-бензодиазепинов. Некоторые из этих превращений представлены на рисунке 1.30 [4,9].

Рисунок 1.30- Реакции нуклеофильного присоединения по связи С=S производных 1,4-бензодиазепина

1.6 Биохимия и механизм действия 1,4-бензодиазепинов

Фармакологическая активность бензодиазепинов зависит от многих факторов, таких, как метаболизм, всасывание, распределение, выделение из организма и связывание с белками крови. Все это является главным звеном проблемы молекулярно-биологического поиска, направленного синтеза и изучения механизма действия данной группы лекарственных средств. Полученные результаты и обобщения служат основой, на которой строится и развивается научная и рациональная фармакотерапия заболеваний и фармакопрофилактика [4,5].

1.6.1 Механизм действия производных производных 1,4-бензодиазепина

Электрофизиологические исследования, проведенные в 60-70-е гг. XX в., показали, что бензодиазепины усиливают ГАМКергическую передачу в ЦНС (центральная нервная система). Механизм действия бензодиазепинов стал понятен после того, как в 1977 г. с помощью радиолигандного метода в головном мозге человека и животных были обнаружены места специфического связывания бензодиазепинов, так называемые бензодиазепиновые рецепторы (БД-рецепторы). В дальнейшем в экспериментах in vitro и in vivo была выявлена корреляция между способностью различных бензодиазепинов связываться с этими участками и их фармакологической активностью. Методами авторадиографии и электронной микроскопии было показано, что БД-рецепторы локализованы главным образом в синапсах ЦНС, преимущественно на постсинаптических мембранах. Показана гетерогенность БД-рецепторов, которые представлены в мозге млекопитающих по крайней мере двумя подтипами - БД₁ и БД₂.

После обнаружения мест специфического связывания бензодиазепинов начался поиск эндогенных соединений, взаимодействующих с БД-рецепторами, так называемых эндогенных лигандов. В качестве эндогенных лигандов БД-рецепторов рассматривается большое количество соединений: пептиды, пурины, никотинамид, гипоксантин, бета-карболины, ингибитор связывания диазепама (DBI) и др., однако окончательно природа эндогенного лиганда БД-рецепторов не выяснена.

В настоящее время считается, что бензодиазепины взаимодействуют со специфическими бензодиазепиновыми рецепторами (являются агонистами этих рецепторов), входящими в состав постсинаптического ГАМКА-рецепторного комплекса в лимбической системе мозга, таламусе, гипоталамусе, восходящей активирующей ретикулярной формации ствола мозга и вставочных нейронах боковых рогов спинного мозга. Бензодиазепины повышают чувствительность ГАМК-рецепторов к медиатору (ГАМК), что обусловливает повышение частоты открытия в цитоплазматической мембране нейронов каналов для входящих токов ионов хлора. В результате происходит усиление тормозного влияния ГАМК и угнетение межнейронной передачи в соответствующих отделах ЦНС [2].

Бензодиазепины обладают широким спектром фармакологического действия, включающим анксиолитическое, седативное, снотворное, миорелаксирующее, противосудорожное, амнестическое и др.

По особенностям клинического действия бензодиазепиновые анксиолитики можно разделить на 3 группы:

1) бензодиазепины с преобладанием анксиолитического действия (влияние на миндалевидный комплекс лимбической системы);

2) бензодиазепины с преобладанием снотворного действия (влияние на ретикулярную формацию ствола головного мозга и неспецифические ядра таламуса, гипоталамуса);

3) бензодиазепины с преобладанием противосудорожного действия (влияние на гиппокамп).

Выраженным анксиолитическим действием обладают феназепам (по анксиолитической активности превосходит многие бензодиазепины, в том числе диазепам), диазепам, лоразепам, алпразолам и др. Умеренно выражено анксиолитическое действие у хлордиазепоксида, бромазепама, гидазепама, клобазама, оксазепама и др.

Седативно-гипнотический эффект особенно выражен у нитразепама, флунитразепама, флуразепама, темазепама, триазолама, мидазолама, эстазолама и др. и они используются в основном как снотворные средства.

Противосудорожные свойства характерны для клоназепама, диазепама, а также (в меньшей степени) для нитразепама.

Миорелаксирующая активность характерна для диазепама, хлордиазепоксида, лоразепама, тетразепама и др.

Для некоторых анксиолитиков характерно выраженное анксиолитическое действие при относительно слабом миорелаксирующем и снотворном (тофизопам, медазепам и др.), в связи с чем они более удобны для применения в дневные часы (так называемые дневные транквилизаторы) [3,5].

1.6.2 Связывание 1,4-бензодиазепинов белками крови

Биологическое действие 1,4-бенздиазепинов, как и других лекарственных средств, определяется физико-химическим взаимодействием вещества со специфическими молекулярными комплексами в организме, названными рецепторами. Продолжительность и интенсивность действия лекарства определяется действующей концентрацией препарата в биофазе, то есть в той микросреде, где осуществляется непосредственный его контакт с рецептором. Уровень действующей концентрации находится в прямой зависимости от диффузии препарата в плазму крови. Однако общее количество лекарства в плазме не всегда пропорционально интенсивности его действия, так как значительная часть его может взаимодействовать (связываться) с белками крови. Такое взаимодействие лимитирует нахождение соединения в кровяном русле и регулируют такие важные процессы, как метаболизм и распределение препарата в органах и тканях экспериментальных животных и человека. Только не связанный с белком препарат может взаимодействовать с рецептором.

Связывание лекарственных средств в плазме крови осуществляется преимущественно альбуминовой фракцией, составляющей 5% ее состава. Наиболее изученными и часто применяемыми для исследований взаимодействия макромолекул с эндогенными и энзогенными веществами являются бычий (БСА) и человеческий (ЧСА) сывороточные альбумины.

Взаимодействие между альбумином и лекарствами осуществляется за счет действия межмолекулярных сил, которые проявляются в изменении некоторых физических и физико-химических свойств молекул, образующих комплекс. Величина энергии связи комплекса не превышает 8-10 ккал/моль, что указывает на существование слабых связей между макромолекулами и лекарствами. К таким связям относятся водородные, гидрофобные и ионные (рисунок 1.31).

Рисунок 1.31- Связи, стабилизирующие комплекс белок-лекарство: 1 - ионная; 2 - водородная; 3 - ковалентная связи (дисульфидный мостик); 4,5 - некоторые типы вандервальсовых взаимодействий

Водородная связь образуется между полярными группами белка (- ОН, =NH и =NH⁺) и неподеленной электронной парой электроотрицательных элементов (N, О, S, Р) лекарств, если существуют достаточно благоприятные стерические условия. Это весьма прочная связь, поэтому для ее возникновения не требуется тесного соприкосновения между белками и лекарственными веществами. Она возникает только в том случае, если участвующий в ее образовании атом располагается на одной прямой с группой -ОН или -NH и на определенном расстоянии от нее. Прочность водородной связи зависит от степени протонизации атома водорода и донорных свойств атома лекарства.

Сывороточный альбумин и некоторые лекарственные средства, имеющие полярные группы, при взаимодействии образуют гидрофобные связи, которые обеспечивают создание комплекса, характеризующегося высокой стабильностью. Важнейшая особенность гидрофобной связи состоит в том, что боковые алкильные группы взаимодействуют с другой такой же группой и не взаимодействуют с водой. При взаимодействии альбумина и лекарства гидрофобные связи начинают играть заметную роль в тех случаях, когда атомные массы пар реагирующих атомов достигают величин 12-16. При взаимодействии ароматических колец (рисунок 1.31) гидрофобная связь дополняется переносом электронов.

Это обусловлено тем, что в молекулах с двумя или более сопряженными двойными связями часть электронов оказывается делокализованной и образует р-электронное облако, охватывающее всю систему сопряженных связей. В результате дальнейшей делокализации в р-электронном облаке может создаваться дефицит или избыток р-электронов. Соединения с большим дефицитом р-электронов (нитробензол, пиридин) способны образовывать непрочные комплексы с молекулой, содержащей избыток р-электронов. В такой системе происходит почти такой же свободный обмен электронами, как между двумя конденсированными кольцами в одной и той же молекуле.

Следует также указать, что взаимная ориентировка, число вступивших в контакт неполярных групп, их величина и форма связей зависит от конформации молекулы белка и лекарства.

Ионные связи возникают между ионами, несущими разноименные заряды. Наряду с ионным между атомами существует также взаимодействие за счет короткодействующих сил, поэтому связь оказывается более прочной. Например, катионы всех аминов, за исключением четвертичных, образуют с анионами карбоновых кислот одновременно и водородные связи. Далее две молекулы могут быть связаны друг с другом ионными силами в одной точке и гидрофобными - в другой. При этом значительно возрастают прочность связи и время ее существования.

Ковалентные связи лишь в редких случаях принимают участие в образовании связи лекарства с белками.

Способность альбумина связывать лекарственные препараты за счет образования тех или иных связей определяется химическими свойствами аминокислот и их расположением внутри макромолекулы.

Аналитические методы, используемые при изучении взаимодействия альбумина с молекулами лекарств, делятся на неспектроскопические и спектроскопические. Первая группа включает так называемые классические методы: равновесный и кинетический диализ, ультрафильтрацию, ультрацентпифугирование и электрофорез. Ко второй группе относятся ультрафиолетовая и видимая спектроскопия, флуоресценция, дисперсия оптического вращения и кругового дихроизма, ЯМР.

Сродство молекулы бенздиазепина к ЧСА зависит от величины заместителей, их ориентации относительно активных групп рецепторного участка белка, а также от донорно-акцепторных свойств вещества. Можно предположить, что при наличии объемного заместителя в положении 1 бенздиазепина (флуразепам, празепам) наблюдаются стерические затруднения для сближения белка и лиганда, чего нельзя сказать о незамещенных бенздиазепинах (дикалий хлоразепате, хлордиазепоксиде) и бенздиазепинах с небольшими заместителями (диазепаме, оксазепаме).

Галогензамещенные 1,4-бенздиазепинов по сродству к альбумину можно расположить в ряд Cl < Br < I. Вот почему бромазепам обладает меньшим сродством к ЧСА, чем диазепам и оксазепам.

Общее количество связавшегося c ЧСА бенздиазепина также зависит от типа заместителя, вводимого в разные положения молекулы. Наиболее сильное влияние на связывание бенздиазепинов оказывали заместители в положении 7. Производные, содержащие в положении 7 атомы галогенов или метильную группу, связывались на 97-99, а содержащие аминогруппу - всего лишь на 19,8%. Производное, имеющее в положении 7 гидроксильную группу и занимающее по липотропности промежуточное положение между галоген- и аминосодержащими соединениями, связывались с белком на 54,7%. Связывание 1, 2, 3, 4 и 7 замещенных 1,4-бенздиазепинов с белками плазмы повышалось с увеличением липотропных свойств заместителей [2,4].

1.6.3 Фармакокинетика производных 1,4-бензодиазепина

Производные бензодиазепина различаются по особенностям фармакокинетики, что также учитывается при назначении этих препаратов. По продолжительности действия (с учетом эффекта активных метаболитов) бензодиазепины можно классифицировать следующим образом:

- длительного действия (Т_1/2 - 24-48 ч): диазепам, хлордиазепоксид и др.;

- средней продолжительности действия (Т_1/2 - 6-24 ч): алпразолам, оксазепам, лоразепам и др.;

- короткого действия (Т_1/2 - менее 6 ч): мидазолам и др.

Все бензодиазепины являются липофильными соединениями. Липофильность разных веществ этой группы варьирует более чем в 50 раз, наиболее липофильными из бензодиазепинов являются диазепам и мидазолам.

При приеме внутрь бензодиазепины хорошо всасываются из ЖКТ, преимущественно из двенадцатиперстной кишки (абсорбция зависит от нескольких факторов, в том числе от липофильности). Наиболее быстро всасываются диазепам и триазолам, наименее быстро - оксазепам, лоразепам. Антациды могут понижать скорость (но не степень всасывания) некоторых бензодиазепинов, в том числе диазепама и хлордиазепоксида. После внутримышечного введения бензодиазепины всасываются медленнее, чем при приеме внутрь (исключение составляют лоразепам и мидазолам, которые при внутримышечном введении всасываются быстро) [2].

Время достижения максимальной концентрации в плазме крови после однократного приема для разных ЛС варьирует от 30 минут до нескольких часов. Равновесная концентрация в крови при курсовом приеме бензодиазепинов обычно достигается в течение нескольких дней после начала терапии (для бензодиазепинов с коротким и средним периодом полувыведения) или в течение 5 дней - 2 недель (для препаратов с длительным периодом полувыведения). Бензодиазепины и их метаболиты характеризуются высокой степенью связывания с белками крови, варьирующей от 70% (алпразолам) до 98% (диазепам).

Первичный метаболизм бензодиазепинов происходит в печени. Исключение составляют дикалия клоразепат и флуразепам, которые быстро метаболизируются в ЖКТ и не попадают в системный кровоток в клинически значимых количествах. Действие оказывают их активные метаболиты, которые в дальнейшем подвергаются биотрансформации в печени. Большинство бензодиазепинов подвергается микросомальному окислению в печени, в основном путем N-деметилирования или гидроксилирования до активных или неактивных метаболитов. Затем метаболиты подвергаются конъюгации либо дальнейшей биотрансформации.

В процессе метаболизма у многих бензодиазепинов образуются одинаковые активные метаболиты, некоторые из них применяются как самостоятельные лекарственные средства (оксазепам и др.). Длительность терапевтического эффекта для бензодиазепинов, имеющих активные метаболиты, определяется не Т_1/2 исходного вещества, а Т_1/2 активных метаболитов.

Некоторые бензодиазепины не образуют активных метаболитов - лоразепам, оксазепам, темазепам и др. и подвергаются только процессу конъюгации под действием глюкуронилтрансферазы с образованием глюкуронидов.

Бензодиазепины (и их метаболиты) выводятся преимущественно через почки в виде конъюгатов, менее 2% - в неизмененном виде, небольшая часть - через кишечник.

Некоторые фармакокинетические параметры бензодиазепинов зависят от возраста. Так, у пациентов пожилого возраста может повышаться объем распределения. Кроме того, у пациентов пожилого возраста и детей может быть удлинен период полувыведения.

Накопление бензодиазепинов с коротким или средним периодом полувыведения обычно минимально, и они быстро выводятся из организма после окончания терапии [3].

1.7 Показания к применение бензодиазепиновых анксиолитиков

В психиатрической и неврологической практике анксиолитики применяются при лечении неврозов, психопатий, неврозоподобных и психопатоподобных состояний, сопровождающихся тревогой, страхом, повышенной раздражительностью, эмоциональным напряжением. Для купирования тревожно-фобических расстройств (панические атаки и др.) Эффективны препараты с максимально выраженным анксиолитическим и антифобическим эффектом - алпразолам, лоразепам, феназепам. Некоторые бензодиазепиновые анксиолитики применяют для купирования тревожного синдрома при эндогенных психических заболеваниях, в том числе при шизофрении (как вспомогательное средство в составе комплексной терапии) - диазепам, феназепам и др.

При острых состояниях, например с целью купирования выраженного психомоторного возбуждения, эффективно парентеральное введение бензодиазепинов (диазепам, феназепам и др.).

При острой алкогольной абстиненции анксиолитики (диазепам, оксазепам, феназепам, хлордиазепоксид и др.) применяют в составе комплексной терапии для облегчения таких симптомов как возбуждение, нервное напряжение, беспокойство, тревога, тремор, а также для уменьшения вероятности развития или признаков, в том числе галлюцинаций, возникшего острого делирия.

При нарушениях сна используют бензодиазепины, обладающие, наряду с анксиолитическим, выраженным снотворным действием (нитразепам, флунитразепам, триазолам, темазепам и др.). Они снимают эмоциональное напряжение, уменьшают тревогу, беспокойство и способствуют наступлению сна. Применение при нарушениях сна таких бензодиазепинов, как диазепам или феназепам, целесообразно в тех случаях, когда инсомния сочетается с дневной тревогой и желательно, чтобы анксиолитическое действие продолжалось в течение всего дня.

Бензодиазепины с выраженным противосудорожным действием могут быть эффективны при лечении эпилепсии, эпилептического статуса (клоназепам, диазепам и др.), нитразепам - при некоторых формах судорожных припадков, особенно у детей.

Бензодиазепины, как и другие анксиолитики, нашли широкое применение во многих областях медицины: в кардиологии, анестезиологии и хирургии, дерматологии и др.

Бензодиазепины используют для премедикации накануне и непосредственно перед оперативными вмешательствами и эндоскопическими процедурами, для вводного наркоза, при атаралгезии в сочетании с анальгетиками (флунитразепам, мидазолам, диазепам и др.) [3].

1.8 Связь между структурой и физиологической активностью 1,4-бензодиазепинов

Изучение связи структура-активность в рядах биологически активных веществ - важный этап на пути целенаправленного «конструирования» молекул новых препаратов с необходимым комплексом фармакологических свойств.

Уже в начале 60-х годов в ходе интенсивных исследований в области химии и фармакологии 1,4-бензодиазепинов, развернувшихся вслед за открытием хлордиазепоксида и внедрением его в медицинскую практику, предпринимались попытки определения ключевой структуры, обеспечивающей фармакологические свойства нового класса транквилизаторов.

С течением времени было накоплено большое количество данных о связи между структурой и физиологической активностью 1,4-бензодиазепинов. Были выделены следующие особенности:

1) Влияние заместителя в положении 7. Электроноакцепторные заместители в положении 7 приводят к повышению активности, а электронодонорные -- к понижению. Роль заместителя в определении уровня активности по различным фармакологическим тестам (по различным видам действия) неодинакова, что, вероятно, обусловлено различием механизмов, лежащих в основе соответствующих эффектов.

2) Влияние заместителя в положении 5. Наиболее активные транквилизаторы найдены среди 5-арил- либо 5-гетарил-(пиридил, тиенил, индолил и др.)-1,4- бенздиазепинов. Оптимальной активностью обладают соединения, содержащие у атома С₅ бензольное ядро с атомами галогенов или другими электроноакцепторными группами в орто-положении. Введение атомов галогенов в орто-положение кольца С приводит к существенному (в 2 - 5 раз) повышению активности бенздиазепинонов по тесту антагонизма с коразолом.

Мета- и пара-изомеры бенздиазепинов проявляют значительно более низкую активность по всем видам действия. Некоторые из соединений подобного типа практически неактивны как транквилизаторы. Интересно, что активность по тесту антагонизма с коразолом 5-(орто-галоген)фенил- 1,2-дигидро-ЗН-1,4-бенздиазепин-2-онов практически не зависит от природы галогена в орто-положении кольца С.

В то же время степень уменьшения активности бенздиазепинов при перемещении атомов галогенов из орто- в мета- и пара-положения, по-видимому, определяется природой атома галогена: чем более электроотрицателен атом галогена, тем менее активны пара-изомеры по сравнению с орто-изомерами.

3) Влияние связи N₄>О. Окисление 1,2-дигидро-ЗН-1,4-бенздиазепин-2-онов до соответствующих 4-окисей сопровождается, как правило, снижением активности.

4) Влияние двойной связи N₄>C₅. Переход от ЗН-1,4-бенздиазепинов к 1,2-дигидро-ЗН-1,4-бенздиазепинам, как уже указывалось, привел к более активным препаратам, нежели хлордиазепоксид и его аналоги. Эксперименты на животных показали, что тетрагидро-1,4-бенздиазепин-2-оны проявляют активность по тем же тестам, что и 1,2-дигидро-ЗН-1,4-бенздиазепин-2-оны, уступая последним по уровню активности. Однако в организме животных тетрагидро-1,4-бенздиазепин-2-оны окисляются до дигидро-1,4-бенздиазепин-2-онов. Поэтому окончательного вывода о роли двойной связи N₄--С₆ в определении активности 1,4-бенздиазепинов пока сделать нельзя, поскольку фармакологический эффект тетрагидробензодиазепинов может быть обусловлен в определенной степени или полностью действием на центральную нервную систему их метаболитов -- дигидробенздиазепинонов.