Прогноз, антиоксидантная активность in silico и целенаправленный синтез азометиновых производных пространственно-затруднённого фенола

Проведено молекулярное конструирование и синтез нового ряда биологически активных азометинов, содержащих пространственно-затруднённый фенольный фрагмент. В рамках исследования 8 соединений, для которых оценена антиоксидантная активность в условиях in vitro. Для установления механизма действия методом молекулярного докинга выполнено моделирование взаимодействия синтезированных лигандов с активным центром глутатионпероксидазы-4 (GPx-4). Проведённый анализ позволил выявить ключевые структурные особенности, определяющие антиоксидантную эффективность, и установить корреляционную связь между строением молекул и их биологической активностью.

Цель. Синтез, компьютерный скрининг и исследование антиоксидантных свойств новых азометинов на основе пространственно-затруднённого фенола, а также установление корреляций «структура–активность».

Материалы и методы. Методом конденсации соответствующих кетонов с ароматическими аминами в присутствии каталитических количеств п-толуолсульфокислоты был осуществлен синтез нового ряда 2,6-ди-трет-бутил-4-[C-алкил-(арил)-(N-фенил)-азометино]фенолов. Структура и чистота полученных соединений подтверждены комплексом физико-химических методов, включая ИК-спектроскопию, ¹H-ЯМР-спектроскопию и элементный анализ. Для первичной оценки биологической потенции синтезированных соединений проведено компьютерное прогнозирование (in silico) их антиоксидантных, антирадикальных и кардиотонических свойств с использованием онлайн-платформы PASS Online. Молекулярное моделирование потенциальной ингибирующей активности в отношении глутатионпероксидазы-4 (GPx-4) человека выполнялось в программе Autodock 4.0. При этом учитывалась конформационная подвижность лигандов, для которых были предварительно определены и заданы оптимальные торсионные углы. Экспериментальное изучение антиоксидантной активности (АОА) проводилось в двух модельных системах: индуцирование перекисного окисления липидов (ПОЛ) в комплексе жирных кислот кукурузного масла под действием УФ-облучения; система Фентона (H₂O₂/Fe²⁺). Для сопоставления эффективности в качестве референтных стандартов были использованы убихинон и бутилированный гидрокситолуол (БГТ, действующее вещество препарата дибулин), представляющий класс экранированных фенолов.

Результаты. Спектр биологической активности исследованных соединений предсказан in silico с помощью сервиса PASS Online. Согласно прогнозу, все вещества обладают кардиотоническим, мембраностимулирующим и антиоксидантным потенциалом. Наличие АОА и способности захватывать свободные радикалы позволяет отнести данные молекулы к классу антирадикальных агентов. Экспериментальная проверка АОА была проведена в двух модельных системах: на основе фотоокисления (УФ-облучение) комплекса жирных кислот кукурузного масла (система № 1) и на системе Фентона (H₂O₂/Fe²⁺, система № 2). Во всех случаях исследуемые соединения продемонстрировали высокую эффективность, ингибируя ПОЛ на 42–48%. Данный результат существенно превышает активность стандартных антиоксидантов — убихинона (11%) и БГТ (39%) — в аналогичных условиях.

Заключение. Результаты молекулярного докинга свидетельствуют о высоком сродстве новых лигандов к белку ГП-4, причем расчётная энергия связывания для наиболее перспективных структур сопоставима с таковой для известных эталонов — убихинона, дибулина (гидроксибутилированного толуола) и мексидола. Экспериментальные данные in vitro подтвердили выраженную антиоксидантную активность синтезированных соединений. Выделены «лидерные» структуры, превосходящие по эффективности классические антиоксиданты — убихинон и дибулин.

1. Aboonabia A. The effectiveness of antioxidant therapy in aspirin resistance, diabetes population for prevention of thrombosis // Biomedicine & Pharmacotherapy. – 2016. – Vol. 83. – Р. 277–282. DOI: 10.1016/j.biopha.2016.06.044

2. Спасов А.А., Кучерявенко А.Ф., Косолапов В.А., Анисимова В.А. Антитромбогенная активность антиоксидантных соединений // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2013. – Т. 155, № 6. – С. 740–742. EDN: QMVXGL

3. Kudriashova M. Possibilities of correction of reological properties of the blood and free radical processess in patients with acute myocardial infarction combined with type 2 diabetes mellitus // Kardiologiia. – 2010. – Vol. 5, No. 50. – Р. 9–12.

4. Desai N., Shah K.N., Monapara J., Dave B.P., Ahmad I., Patel H. Design, synthesis, biological profile and molecular modeling and MD simulation studies of heterocyclic benzimidazole and thiazolidine-4-one based 5-arylidene analogues as prospective antimicrobial agents // Journal of Molecular Structure. – 2024. – Vol. 1299. – Р. 137166. DOI: 10.1016/j.molstruc.2023.137166

5. Mohsen А., Tawfik S.S., Bhongade B.A., Massoud M.A.M., Mostafa A.S. Design, synthesis, and in silico insights into dual-inhibition of CDK-6 / Aurora A kinase by 2-phenylbenzimidazole-based small molecules // Journal of Molecular Structure. – 2023. – Vol. 1300, No. 10229. – Р. 137215. DOI: 10.1016/j.molstruc.2023.137215

6. Hayat Sh., Ullah H., Rahim F., Ullah I., Taha M., Iqbal N., Khan F., Khan M.S., Ali Shah S.A., Wadood A., Sajid M., Abdalla A.N. Synthesis, biological evaluation and molecular docking study of benzimidazole derivatives as α-glucosidase inhibitors and anti-diabetes candidates // Journal of Molecular Structure. – 2023. – Vol. 1276. – Р. 134774. DOI: 10.33394/hjkk.v13i5.17725

7. Mushtaq I., Ahmad M., Saleem M., Ahmed A. Pharmaceutical signifcance of Schif bases: an overview // Future Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2024. – Vol. 10, No. 16. – Р. 7215–7221. DOI: 10.18433/J30G62

8. Kareem H.S., Ariffin A., Nordin N., Heidelberg T., Abdul-Aziz A., Kong K.W., Yehye W.A. Correlation of antioxidant activities with theoretical studies for new hydrazone compounds bearing a 3,4,5-trimethoxy benzyl moiety // European Journal Medicinal Chemistry. – 2015. – Vol. 103. – Р. 497–505. DOI: 10.1016/j.ejmech.2015.09.016

9. Yang L., Liu H., Xia D., Wang S. Antioxidant properties of camphene-based thiosemicarbazones: experimental and theoretical evaluation // Molecules. – 2020. – Vol. 25, No. 5. – P. 1192. DOI: 10.3390/molecules25051192

10. Shatokhin S.S., Tuskaev V.A., Gagieva S.Ch., Markova A.A., Pozdnyakov D.I., Melnikova E.K., Bulychev B.M., Oganesyan E.T. Synthesis, cytotoxic and antioxidant activities of new n-substituted 3- (benzimidazol-2-yl)-chromones containing 2,6-di-tert-butylphenol fragment // Journal of Molecular Structure. – 2022. – Vol. 1249. – P. 131683. DOI: 10.1016/j.molstruc.2021.131683

11. Shahab S., Sheikhi M., Filippovich L., Dikusar E., Pazniak A., Rouhani M., Kumar R. Molecular investigations of the newly synthesized azomethines as antioxidants: theoretical and experimental studies // Curr Mol Med. – 2019. – Vol. 19, No. 6. – Р. 419–433. DOI: 10.2174/1570178617666200319121649

12. Plotnikov M.B., Smolyakova V.I., Ivanov I.S., Kuchin A.V., Chukicheva I.J., Krasnov E.A. Antithrombogenic and antiplatelet activity of optho-isobornyl phenol derivative // Bulletin of Experimental Biology аnd Medicine – 2008. – Vol. 145, No. 3. – Р. 328–302.DOI: 10.1007/s10517-008-0082-x

13. Poroikov V.V., Filimonov D.A., Gloriozova T.A., Lagunin A.A., Druzhilovskiy D.S., Rudik A.V., Stolbov L.A., Dmitriev A.V., Tarasova O.A., Ivanov S.M., Pogodin P.V. Computer-aided prediction of biological activity spectra for organic compounds: the possibilities and limitations // Russian Chemical Bulletin. – 2019. – Vol. 68, No. 12. – P. 2143–2154. DOI: 10.18097/BMCRM00004

14. Berman H.M., Burley S.K. Protein Data Bank (PDB): Fifty-three years young and having a transformative impact on science and society // Quarterly Reviews of Biophysics. – 2025. – Vol. 58. – P. E9. DOI: 10.1017/S0033583525000034

15. Morris G.M., Huey R., Lindstrom W., Sanner M.F., Belew R.K., Goodsell D.S., Olson A.J. Autodock4 and AutodockTools4: automated docking with selective receptor flexibility. Journal of Computational Chemistry. 2009. – Vol. 30, No. 16. – P. 2785–2791. DOI: 10.1002/jcc.21256

16. Ravi L., Krishnan K. Handbook on protein-ligand Docking tool: AutoDock4 // Journal of Medical Science. – 2016. – Vol. 4. – P. 28–33. DOI: 10.22037/jmlis.v1i1.31726

17. Teppen B.J. Hyperchem, release 2: molecular modeling for the personal computer // Journal of Chemical Information and Computer Sciences. – 1992. – Vol. 32. – P. 757–759. DOI: 10.1021/ci00010a025

18. Moosmayer D., Hilpmann A., Hoffmann J., Schnirch L., Zimmermann K., Badock V., Furst L., Eaton J.K., Viswanathan V.S., Schreiber S.L., Gradl S., Hillig R.C. Crystal structures of the selenoprotein glutathione peroxidase 4 in its apo form and in complex with the covalently bound inhibitor ML162 // BiologicalCrystallography. – 2021. – Vol. 77, No. 2. – Р. 237–248. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.3c00967

19. Monova T., Konstantinov O., Kalenderova S., Tsakovski S., Kossekova G. Design and implementation of virtual models in medical biochemistry learning // Journal AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2048. – P. 20033. DOI: 10.1063/1.5082051

20. Procko K., Bakheet S., Beckham J.T., Franzen M.A., Jakubowski H., Novak W.R.P. Modeling an enzyme active site using molecular visualization freeware // Journal Vis. Exp. – 2021. – Vol. 178. DOI: 10.53964/jmbdd.2025005

21. Хубаева Т.О., Хубаева И.В. Исследования антимикробной активности в области производных бензимидазола с фрагментом пространственно-затрудненного фенола // Актуальные инновационные исследования: наука и практика. – 2013. – № 4. – С. 7. EDN: RSTTBF

22. Wang X., Ni L., Yang L., Duan Q., Chen C., Edin M.L., Zeldin D.C., Wang D.W. CYP2J2-derived epoxyeicosatrienoic acids suppress endoplasmic reticulum stress in heart failure // Mol Pharmacol. – 2014. – Vol. 85, No. 1. – P. 105–115. DOI: 10.1124/mol.113.087122

23. Grigoriev S.M., Skarga Y.Y., Mironova G.D., Marinov B.S. Regulation of mitochondrial KATP channel by redox agents // Biochim Biophys Acta. – 1999. – Vol. 1410, No. 1. – P. 91–96. DOI: 10.1016/s0005-2728(98)00179-0

24. Wang H., Wang C., Li B., Zheng C., Liu G., Liu Z., Zhang L., Xu P. Discovery of ML210-Based glutathione peroxidase 4 (GPX4) degrader inducing ferroptosis of human cancer cells // Eur J Med Chem. – 2023. – Vol. 254. – P. 115343. DOI: 10.1016/j.ejmech.2023.115343

25. Воронина Т.А., Литвинова С.А., Гладышева Н.А., Шулындин А.В. Известные и новые представления о механизме действия и спектре эффектов Мексидола // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. – 2025. – Т. 125, № 5. – С. 22–33. DOI: 10.17116/jnevro202512505122

26. Shatokhin S.S., Tuskaev V.A., Gagieva S.Ch., Markova A.A., Pozdnyakov D.I., Denisov G.L., Melnikova E.K., Bulychev B.M., Oganesyana E.T. Synthesis, cytotoxicity and antioxidant activity of new 1,3-dimethyl-8-(chromon-3-yl)-xanthine derivatives containing 2,6-di-tret-butylphenol fragments // New Journal of Chemistry. – 2022. –Vol. 46, No. 2. – P. 621–631. DOI: 10.1039/D1NJ03726A

27. Pozdnyakov D.I. Administration of 4-Hydroxy-3,5-di-tret-butyl cinnamic acid restores mitochondrial function in rabbits with cerebral ischemia // Serbian Journal of Experimental and Clinical Research. – 2021. – Vol. 23, No. 2. – P. 121–125. DOI: 10.2478/sjecr-2019-0075

28. Поздняков Д.И., Зацепина Е.Е., Арльт А.В. Влияние соединений, содержащих 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенильную группировку, на активность митохондриальных ферментов и содержание тау-белка в гиппокампе крыс на экспериментальной модели болезни Альцгеймера // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2022. – Т. 85, № 6. – С. 9–13. DOI: 10.30906/0869-2092-2022-85-6-9-13