Amersham korony

BADANIA SAR NOWYCH LIGANDÓW 5-HT7R Z RÓ¯NYMI £¥CZNIKAMI
ALKILOWYMI MIÊDZY ARYLOWYM I AMINOWYM FRAGMENTEM
Ryszard Bugno, Andrzej J. Bojarski, Krystyna Nêdza, Jan Boksa
Zak³ad Chemii Leków, Instytut Farmakologii Polskiej Akademii Nauk, ul. Smêtna 12, 31-343 Kraków. E-mail: [email protected]
Wstêp
Odkrycie receptorów 5-HT7R i rezultaty badañ ich potencjalnego
zastosowania w terapii przede wszystkim chorób OUN (depresja, lêk,
zaburzenia nastroju) 1 zapocz¹tkowa³o poszukiwanie aktywnych
i selektywnych ligandów. W wyniku ponad 10 lat intensywnych badañ
prowadzonych w firmach farmaceutycznych i ró¿nych oœrodkach
badawczych (miêdzy innymi w naszym Zak³adzie) znaleziono wiele ligandów
5-HT7R; niektóre z nich, jak SB-269970 i SB-656104, charakteryzuj¹ siê
2
wysok¹ selektywnoœci¹.
Cl
N
N
O
S
O
S
O
O
H
N
N
N
OH
O
SB-269970
SB-656104
Podczas realizacji naszego programu badawczego obejmuj¹cego
projektowanie i syntezê aktywnych i selektywnych ligandów 5-HT7R
otrzymaliœmy now¹ seriê zwi¹zków z fleksyjnymi i czêœciowo usztywnionymi
³¹cznikami alkilowymi miêdzy arylowym i aminowym fragmentem.
Syntezê rozpoczêto od reakcji piperydyno-2-metanolu z równomolow¹
iloœci¹ odpowiednich pochodnych chlorków kwasów sulfonowych.
Nastêpnie bez wyizolowywania otrzymanego alkoholu, do mieszaniny
reakcyjnej dodano równomolow¹ iloœæ benzenosulfochlorku. Otrzymane
estry kwasu benzenosulfonowego poddano reakcji z odpowiednimi
drugorzêdowymi aminami w obecnoœci jodku sodu jako katalizatora.
Otrzymane docelowe sulfonamidy wyizolowano jako mieszaniny
racemiczne.
Do syntezy uk³adu 1-fenylopentan-1-olu wykorzystano reakcjê
zwi¹zków magnezoorganicznych Grignarda z aldehydami. W pierwszym
etapie w roztworze suchego eteru wygenerowany in situ bromek 4-chlorobutylomagnezowy poddano oddzia³ywaniu z odpowiednimi pochodnymi
benzaldehydu. Nastêpnie w wyniku kwaœnej hydrolizy powsta³ych soli
magnezowych uzyskano chlorki alkilowe jako mieszaniny racemiczne.
Produkty koñcowe otrzymano w reakcji N-alkilowania trans-perhydroizochinoliny odpowiednimi chlorkami alkilowymi w œrodowisku zasadowym
w obecnoœci jodku sodu jako katalizatora.
Ki [nM]
Nr
R
N
O
O
CHO
O
N
D2
300
44
13
691
S
105
19
11
12
1356
85
143
624
2671
NT
637
NT
2966
6000
44
6970
1995
4280
1225
NT
1154
1810
720
NT
295
NT
307
NT
886
4606
175
NT
886
4606
175
NT
509
23200
8
NT
O
O
N
O
S
O
3
N
N
N
O
N
OH
4
N
N
N
5
O
S
O
O
S
O
N
N
c
Cl
N
N
2
OH
a, b
5-HT7
N
6
OH
5-HT2A
H
N
N
1
5-HT1A
N
O
Synteza
7
N
N
O
S
4
Benzenesulfonamid 1 otrzymano w wyniku kilkuetapowej syntezy
przedstawionej na schemacie 1. 3-(Piperazyn-1-ylo)benzo[d]izoksazol
w reakcji z 1,4-dibromobutanem w obecnoœci katalitycznej iloœci eteru
18-korona-6 utworzy³ bromek 8-benzo[d]isoksazol-3-ylo-8-aza-5-azoniaspiro[4.5]dekanu. W kolejnym etapie bromek czwartorzêdowej soli
amoniowej przekszta³cono metod¹ Gabriela w 4-(4-benzo[d]izoksazol-3-ylopiperazyn-1-ylo)butyloaminê, która potraktowana chlorkiem
benzenosulfonylowym w obecnoœci trójetyloaminy prowadzi³a do produktu
koñcowego 1. Wyjœciowy 3-(piperazyn-1-ylo)benzo[d]izoksazol otrzymano
wed³ug wczeœniej opublikowanych procedur.3,4
O
N
N
NH
a, b
N
Schemat 3. (a) Cl(CH2)4MgBr, Et2O, temp. wrzenia, 2h; (b) H2O, 25%HCl, 0°
C;
(c) K2CO3, NaI, CH3CN temp. wrzenia, 12h.
Pochodn¹ tetrahydroizochinoliny 8 otrzymano w szeœcioetapowej
sekwencji reakcji (schemat 3). Na pocz¹tku, za pomoc¹ kwasu
chlorosulfonowego podstawiono w pozycjê meta pierœcienia
aromatycznego kwasu benzoesowego grupê chlorosulfonow¹, któr¹
nastêpnie poddano reakcji w ³agodnych warunkach z 1,2,3,4-tetrahydroizochinolin¹. W kolejnym etapie zredukowano grupê karboksylow¹
borowodorkiem sodu a powsta³y alkohol poddano bromowaniu przy udziale
czterobromku wêgla. Koñcowy produkt uzyskano na drodze N-alkilowania
trans-perhydroizochinoliny otrzymanym w poprzednim etapie bromkiem
alkilu w œrodowisku zasadowym w obecnoœci jodku sodu jako katalizatora.
O
O
a
HO
H
N
O
N
O
1
c, d, e
Syntezê pochodnych 2, 5, 7, 9-11 rozpoczêto od reakcji
piperydyno-2-etanolu lub piperydyno-3-metanolu z dwukrotnym
nadmiarem molowym odpowiednich pochodnych chlorków kwasów
sulfonowych. Nastêpnie otrzymane chlorki alkilowe poddano reakcji
z trans-perhydroizochinolin¹ lub 3-piperazyn-1-ylobenzo[d]izoksazolem w œrodowisku zasadowym w obecnoœci jodku sodu jako
katalizatora. Otrzymane docelowe sulfonamidy wyizolowano jako
mieszaniny racemiczne. Dla ligandu 9 o wysokim powinowactwie
i selektywnoœci wzglêdem 5-HT7R, w celu otrzymania poszczególnych
izomerów osobno, przeprowadzono analogiczny ci¹g reakcji,
u¿ywaj¹c jako substraty wyjœciowe R- i S-piperydyno-2-etanol.
Piperydyno-2-metanol w reakcji z chlorkami kwasów sulfonowych nie
tworzy³ chlorków alkilowych, dlatego powy¿sz¹ procedurê
zmodyfikowano. Pochodne 2-metylopiperydyny 3 i 6 otrzymano
w trójetapowej sekwencji reakcji (schemat 1).
O
S
R
O
b
N
O
O
S
R
c
N
O
n=1
O
R
O
f
N
O
S
N
N
1
Struktura nowych zwi¹zków zosta³a potwierdzona widmami H NMR,
a wolne zasady zosta³y przeprowadzone w chlorowodorki (1-3) lub
fumarany (4-11) i w tej postaci u¿yte do badañ in vitro. Masa cz¹steczkowa
soli zosta³a ustalona na podstawie analizy elementarnej.
Badania farmakologiczne in vitro
Powinowactwo zwiazków do receptorów wyznaczono metod¹
wypierania specyficznego radioliganda z materia³u biologicznego przez
badan¹ substancjê w stê¿eniach od 10-3 do 10-11 M..
Matria³
biologiczny
Radioligand
Wi¹zanie
niespecyficzne
Hipokamp
[3H]-8-OH-DPAT
5-HT
Kora
[3H]-ketanseryna
Metysergid
(60 Ci/mmol, NEN Chemicals)
3
HEK-293
[ H]-5-CT
5-HT
(102.0 Ci/mmol, Amersham)
N
(CH2)n
7
D2
Pr¹¿kowie
[3H]-spiperone
Butaklamol
(15.0 Ci/mmol, Perkin-Elmer)
n=2
O
R
O
S
d
N
O
O
S
R
(CH2)2
N
R1
2, 5, 9-11
Sta³¹ powinowactwa (Ki) obliczono z równania Chenga i Prusoffa.
Wartoœci przedstawione w tabeli stanowi¹ œredni¹ wyznaczon¹
z przynajmniej trzech niezale¿nych eksperymentów.
N
R:
Br
S
Br
R1 :
N
Br
O
Br
N
N
10
O
S
S
Br
O
Br
N
N
11
O
S
S
Br
O
Br
NT – nie testowano
podobnie wysokim powinowactwem do receptorów 5-HT2A i 5-HT7.
Co ciekawe, labilny zwi¹zek wykazuje wy¿sz¹ selektywnoœæ wzglêdem
receptorów 5-HT1A i D2.
l
Struktury z ³¹cznikiem 2-etylopiperydynowym specyficznie oddzia³uj¹
z 5-HT7R, tylko gdy w terminalnej czêœci aminowej cz¹steczki znajduje
siê fragment PHIQ (zwi¹zki 5, 9-11). Efekt znacznego wzrostu
selektywnoœci w wyniku usuniêcia aromatycznych grup znajduj¹cych siê
w bezpoœrednim s¹siedztwie protonowanego atomu azotu jest zgodny
z wynikami badañ in silico modeli farmakoforowych, wygenerowanych
ostatnio w naszym Zak³adzie.
5
ni¿sze powinowactwo do wszystkich badanych receptorów ni¿ ich
etylowe analogi 2 i 5. Tylko zwi¹zek 3 z fragmentem 3-piperazyn-1-ylobenzo[d]izoksazolu wykaza³ umiarkowane powinowactwo do 5-HT2AR
(85 nM).
l
Analog zwi¹zku 5 o uproszczonej strukturze (zwi¹zek 4), posiadaj¹cy
labilny n-butylowy ³¹cznik i grupê hydroksylow¹ w miejscu
sulfonamidowej, charakteryzuje siê znacznie ni¿szym powinowactwem
do 5-HT7R.
l
W wyniku zastosowania ³¹czników 3-metylopiperydynowego (zwi¹zek 7)
i 3-metylofenylowego (zwi¹zek 8) nie uzyskano wymaganego, dla
ligandów o wysokim powinowactwie do wszystkich badanych
receptorów, rozmieszczenia przestrzennego grup farmakoforowych.
l
Zwi¹zek 11 z ³¹cznikiem R-2-etylopiperydynowym wykazuje prawie
22-krotnie wy¿sze powinowactwo do 5-HT7R ni¿ jego izomer S (10).
W badaniach radioreceptorowych wartoœæ Ki wyznaczona zarówno dla
racematu 9, jak i dla izomeru R 11, by³a identyczna.
Wnioski
W otrzymanej serii zwi¹zków przeanalizowano wp³yw struktury ³¹cznika
alkilowago miêdzy arylowym i aminowym fragmentem na powinowactwo do
receptorów 5-HT1A, 5-HT7, 5-HT2A i D2.
Wœród przetestowanych ³¹czników, w³aœciwe u³o¿enie w przestrzeni grup
farmakoforowych do wzajemnego oddzia³ywania ligand - 5-HT7R zapewnia
fragment 2-piperydynoetanolowy oraz n-butanolowy, ale tylko przy
jednoczesnej obecnoœci grupy amidowej.
(CH2)2
Cl
S
(170 Ci/mmol, NEN Chemicals)
h5-HT7(b)
n = 1, 2
S
l
Zwi¹zki 3 i 6 z ³¹cznikiem 2-metylopiperydynowym cechuje znacznie
N
Cl
OH
O
l
Zarówno zwi¹zek 1, jak i jego usztywniony analog 2, charakteryzuje siê
N
N
a
HN
S
O
S
d
N
N
N
9
N
3, 6
O
O
S
HO
Schemat 4. (a) HSO3Cl, 0°
C®
temp. wrzenia, 5h; (b) 1,2,3,4-tetrahydroizochinolina, THF, 20°
C, 2h; (c) ClO2CH2CHCCl3, N-etylodiizopropyloamina,
CH2Cl2, 0°
C, 2h; (d) NaBH4, THF, 0®
20°
C, 16h (e) CBr4, trifenylofosfina,
CH2Cl2, 0®
20°
C, 2h; (f) perhydroizochinolina, K2CO3, NaI, CH3CN,
temp. wrzenia, 3h.
5-HT2A
O
O
S
O
R1
O
S
b
Cl
O
8
Receptor
O
S
Br
5-HT1A
OH
S
HO
O
O
O
Schemat 1. (a) 1,4-dibromobutan, K2CO3, 18-korona-6, 95% etanol,
temp. wrzenia, 24h; (b) ftalimid, K2CO3, 18-korona-6, ksylen, temp. wrzenia, 22h;
(c) 1). N2H4 · H2O, etanol, temp. wrzenia, 1h; 2). HCl, etanol, temp. wrzenia, 4h;
(d) benzenosulfochlorek, Et3N, CHCl3, 20°
C, 4h.
O
O
S
N
O N
N
Dyskusja wyników
O N
c, d
8
O
S
O
N
O N
O
N
N
Piœmiennictwo:
O
Schemat 2. (a) RSO2Cl, diizopropyloamina, CHCl3, 20°
C, 6h; (b) PhSO2Cl,
diizopropyloamina, CHCl3, temp. wrzenia, 6h; (c) amina, NaI, K2CO3, DMF,
temp. wrzenia, 16h; (d) amina, NaI, K2CO3, CH3CN, temp. wrzenia, 12h.
1. Weso³owska A. et al. Eur. J. Pharmacol. 2007, 555(1),43-7. 2. Pittalà V. et al. Mini-Reviews in
Medicinal Chemistry, 2007, 7, 945-60. 3. Friary R. et al.; J. Heterocyclic Chem. 1979, 16, 1277-8.
4. Yevich J. P. et al.; J. Med. Chem. 1986, 29, 359-69. 5. Ko³aczkowski M. et al. J. Med. Chem.
2006, 49, 6732-41. 6. Lovell P. J. et al. J. Med. Chem. 2000, 43, 342-45.
Konformacja ³¹cznika 2-etylopiperydynowego wyraŸnie wp³ywa na
wysokoœæ powinowactwa do 5-HT7R. Podobn¹ zale¿noœæ opisano we
wczeœniejszych badaniach zwi¹zków nale¿¹cych równie¿ do pochodnych
sulfonamidowych -pierwszej poznanej klasy selektywnych ligandów
5-HT7R.6
W prezentowanej serii zwi¹zków selektywnoœæ do 5-HT7R silnie zale¿y od
struktury terminalnej grupy aminowej, a nie typu zastosowanego ³¹cznika
alkilowego.
Prezentowane badania by³y czêœciowo finansowane przez MNiSW, Grant nr N405 026 32/1743.