SR121463, egy vazopresszin V 2 antagonista méretnövelhető szintézise

Átírás

1 Ph.D. ÉTEKEZÉS TÉZISEI Sántáné Csutor Andrea CII Gyógyszer- és Vegyészeti Termékek Gyára S121463, egy vazopresszin V 2 antagonista méretnövelhető szintézise Témavezető: Dr. ermecz István a kémiai tudományok doktora Tanszéki konzulens: Dr. Keglevich György egyetemi tanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémiai Technológia Tanszék 2005.

2 Bevezetés A gyógyszerfejlesztés meghatározó eleme a fejlesztésre kiválasztott gyógyszerjelölt molekula méretnövelhető szintézisének kidolgozása. A terápiásan ígéretes vegyület preklinikai vizsgálatai (toxikológia, gyógyszerforma fejlesztés) csak azután indulhatnak el, ha az analitikailag jól jellemzett hatóanyag már kg-os mennyiségben áll rendelkezésre. A kémiai fejlesztés első kulcsaktivítása a kiválasztott vegyület előállítására alkalmasnak vélt racionális szintézisek összegyűjtése (eljárás kutatás), majd az egyes változatok kritikus lépéseinek (méretnövelhetőség, környezeti ártalom és biztonságtechnika) kísérletekkel is alátámasztott értékelése (eljárás fejlesztés). Az 1990-es évek kezdetén jelentek meg a nem peptid típusú vazopresszin receptor antagonista vegyületek kutatására vonatkozó első közlemények. A Sanofi kutatói 1995 végén szabadalmaztatták az S jelű molekulát, mely egy hatékony, orálisan aktív, szelektív, nem peptid típusú vazopresszin V 2 receptor antagonista, szerkezetét tekintve egy spiroindolinon származék A V 2 antagonisták klinikai jelentősége nagy, mert e vegyületek specifikus akvaretikus potenciálja révén elkerülhető a klasszikus diuretikumok súlyos mellékhatása, a fokozott sóürítés (a + és K + ionvesztés). Et S x 3 P 4 2 Me CtBu S121463B (satavaptan) 1

3 Doktori értekezésem a gyógyszerjelölt molekula méretnövelésre alkalmas szintézisének kidolgozása során végzett fejlesztési munkát összegzi. Az új, méretnövelt eljárásunkat összevetem a Felfedező kutatás által javasolt reakcióúttal (W ), továbbá egy független kutatók által leírt módszerrel (J. rg. Chem. 2001, 66, 3653). A szintézis változatok közös eleme, hogy az S a zárólépésben egy indolinon (1) és egy szulfonsavklorid származék (2) acilezési reakciójában képződik. Et + S Me 1 2 Cl CtBu Et S Me S CtBu A két intermedier (1) és (2) szintézise azonban az egyes eljárásokban eltérő. Dolgozatomban részletesen ismertetem e két vegyület előállítására, illetve a végső acilezési lépés megvalósítására kifejlesztett módszereket. Két kulcsfontosságú lépés a spirociklus és a megfelelő térállású morfolinoetiloxi oldallánc kialakítása, ezért a reakciók mechanizmusának felderítésére irányuló elméleti és kísérleti munka tárgyalása kapott jelentősebb teret. 2

4 Új gyakorlati és tudományos eredmények 1. A gyógyszerjelölt molekula előállítására egy új eljárást dolgoztunk ki. Egy 23 kémiai lépést, ezen belül 13 izolált intermediert tartalmazó konvergens szintézisben az alapeljárás 2%-os össztermelését 8%-ra javítottuk. A módszer ipari méretben is megvalósítható, jól reprodukálható, robusztus. 2. Az indolinon struktúra kiépítésére számos irodalmi módszer ismeretes. Méretnövelhető eljárásunkban 2-hidroxi-5-nitrotoluolból (3) kiindulva, a eissert szintézis szerint valósítottuk meg az 5-etoxi-indolin-2-on (4) előállítását. C 3 Et C 2 C Et Technológiai módosításokkal elkerültük a nitrocsoportot tartalmazó genotoxikus intermedierek izolálását. 3. A 6 spiroketon származékot egy eddig csak -szubsztituált indolinonok esetében ismert eljárással állítottuk elő. A nitrogénen védőcsoportot (PG) tartalmazó indolinon 3-as szénatomjára akrilésztert addicionáltunk, a képződő dipropionsavésztert Dieckmann-kondenzációban gyűrűbe zártuk, majd hidrolízis és dekarboxilezés után jutottunk a 6 intermedierhez. A fejlesztés során kidolgozott új one-pot eljárás szerint a nitrogén előzetes védése szükségtelen. A reagensként 3

5 alkalmazott metil-akrilát egyben egy bázisérzékeny védőcsoport szerepét is betölti, ami a retro-michael koncepció szerint könnyen eltávolítható. Így a 6 spiroketont az intermedierek kipreparálása nélkül, 65%-os termeléssel állítottuk elő. EtC CEt Et Et PG PG = Boc tetrahidropiranil dietoxi-metil PG Et PG CEt Et MeC CMe 6 Et Et 4 5 Et CMe CMe Megállapítottuk, hogy az eljárás akkor sikeres, ha a triészterképzési lépés egységes terméket (5) eredményez, ez viszont a reakciókörülmények függvénye (DMS, katalitikus KtBu alkalmazása). 4. Azt tapasztaltuk, hogy 3 ekvivalensnél kevesebb akrilátot alkalmazva, a reakcióelegy négy komponenst tartalmazott különböző arányban, a kiindulási indolinon és a triészter mellett a szénen mono- és dialkilezett származékokat, ami egy egyensúlyi elegy kialakulására utalt. Vizsgáltuk Az 5 triészter képződését során az egyes lépések lehetséges sorrendjét, és javaslatot tettünk a reakció 4

6 mechanizmusára. A reakció egy előegyensúlyi és a Michael addíciós szakaszra osztottuk. Az előegyensúlyban az indolinon deprotonálódása megy végbe KtBu hatására (1)-en, 2 C(3)-on vagy mindkét helyen. Katalitikus mennyiségű bázis esetén csak a két monoanion képződésével számoltunk, melyek reagálnak a metilakriláttal A illetve B út szerint végül azonos terméket eredményeznek: Előegyensúly: Michael addició: A út CMe - tbu - tbu - MeC CMe tbu tbu - MeC - MeC CMe tbu CMe CMe CMe CMe CMe CMe B út CMe tbu tbu - - MeC CMe tbu tbu - MeC - CMe tbu tbu - tbu - MeC - CMe tbu MeC CMe tbu - MeC CMe - A javasolt mechanizmust analitikai módszerek segítségével (PLC és in situ I reakciókövetés) és elméleti számítások alapján kívántuk magyarázni. Kvantumkémiai számításokat alkalmaztunk az átmeneti állapotokat jellemző egyensúlyi és reakciósebességi állandók, aktiválási energiák meghatározására. Kimutattuk, hogy az alkilezés a nitrogénen reverzibilis, míg a szénen irreverzibilis folyamat. 5

7 5. A molekula sztereocentrumot nem tartalmaz, de a biológiai hatás szempontjából mégis meghatározó a vegyület térszerkezete, jellemzésére konformáció analízist végeztük. A kívánt termék a ciklohexán gyűrű C-1 szenéhez kapcsolódó ekvatoriális állású morfolino-etiloxi csoportot az oxindol gyűrű 2`-es karbonil csoportjához képest cisz helyzetben tartalmazza. Mind az oxovegyület redukciója, mind a belőle képzett dioxolán reduktív gyűrűfelnyitása izomerkeveréket eredményez. Et Et 6 7 Et 8, 9 = 8 = C 2 C 2 9 A részletes M vizsgálatokhoz előállítottuk a 8 és 9 származékok két-két izomerjét tiszta formában. Domináns formáknak a ciklohexán gyűrű két székkonformerét tekintettük. Mindkét izomernek két stabil konformert feltételeztük, az lánc ekvatoriális és axiális sztérikus pozíciójának megfelelően. 6

8 E t Et cisz-ekv transz-ax Et Et cisz-ax transz-ekv = C 2 C 2 A minták oldatbeli konformációs egyensúlyát és a konformer arányt a csatolási állandókból és az alacsony hőmérsékletű dinamikus M mérésekből határoztuk meg, ami jó egyezést mutatott a félempírikus AM1 számításokból nyert adatokkal. A hidroxi származék egyik izomeréből előállított egykristály röntgendiffrakciós vizsgálat azt mutatta, hogy a ciklohexán gyűrű a várt székkonformációjú, az oxigén atomja ekvatoriális, míg a savamid csoport szene axiális helyzetű. Ez a cisz-ekvatoriális struktúrának felel meg, ahol az indolinon gyűrű 2`-oxo csoportja és a ciklohexil szubsztituense a hattagú gyűrű azonos oldalán helyezkedik el. A transz módosulatnál ezek a csoportok a gyűrű ellentétes oldalán vannak. Azt 7

9 találtuk, hogy oldatban a cisz és a transz izomer esetében is a ciklohexán gyűrűn ekvatoriális helyzetű helyettesítőt tartalmazó forma a domináns. 6. Az 1,3-dioxolángyűrű bázikus és semleges körülmények között inaktív nukleofilekkel szemben. Vízmentes közegben, különböző erősségű Lewis- vagy protonsavval aktiválva, a karbonil szén nukleofil szubsztitúciós reakcióba vihető. idrid típusú nukleofilekkel redukálva szabad -t tartalmazó éter keletkezik. E reakciók regio- és sztereoszelektivitása magas, ha a két oxigénatom kémiai környezete eltér. A 7 dioxolán azonban szimmetrikus molekula, nem várható aszimmetrikus indukció, ennek ellenére elértünk szelektivitást. Vizsgáltuk a paraméterek (redukálószer, saverősség, oldószer) változtatásának hatását az izomerarányra. 7. A királis vagy aszimmetrikusan szubsztituált ciklusos acetálok reduktív gyűrűfelnyitására vonatkozó irodalmi mechanizmus javaslatok érvényességét elméleti módszerekkel kívántuk meghatározni. Egyszerűsített ciklohexil-dioxolán modellvegyületen kvantumkémiai számításokat végeztünk különböző erősségű Lewis-savakra diklór-metán oldószermodellt alkalmazva. árom lehetséges mechanizmust feltételeztünk, az irodalmi mechanizmus javaslatokhoz hasonlóan: S 1, S 2 és kvázi S 1. Meghatároztuk a feltételezett átmeneti állapotok és közti termékek szerkezetét és energiszintjeinek közelítő értékét, felvázoltuk a reakció lefutásának energiaprofilját a reakciókoordináta mentén. A kísérletek és a 8

10 számítások végső konklúziója az, hogy a szelektivítás gyengébb Lewis-savak alkalmazásával növelhető, de ez a reakciósebességet negatívan befolyásolja. 8. A méretnövelésre kifejlesztett redukciós eljárásunk további optimalizálását a kísérlettervezés módszerével is elvégeztük, azt találtuk, hogy a hagyományos módszerrel meghatározott redukálószer mennyiség a felére csökkenthető. 9. A morfolino csoport bevezetését a 10 tozilát intermedier izolálása nélkül egy onepot reakcióban valósítottuk meg. Et Ts Et Et A 2 acilező ágens előállítása egy új eljárás szerint történt, a 11 hidroxi-benzoesav származék regioszelektív szulfonilezése után a fenolos hidroxicsoportot metileztük, majd elóállítottuk a disavkloridot. Felismertük, hogy a hőmérséklet megfelelő megválasztásával szelektív amidálás valósítható meg, kihasználva a két savklorid funkció reaktivitásbeli különbségét. 9

11 S - 3 K + S - 3 K + Me 11 S 2 tbu Me S 2 Cl Me S 2 Cl Me 20 C < -5 C tbu Cl 2 tbu 11. Az S végtermék előállítására két eljárást dolgoztunk ki. Az első módszer szerint az acilezést DMS-ban, bázisként KtBu-ot használva valósítottuk meg. A második eljárás egy fázistranszfer reakció (szilárd a és diklór-metán alkalmazása), amelynek előnye, hogy elkerülhető az iparban kevésbé kívánatos reagensek és oldószerek (fémhidridek, alkoholátok ill. DMS, TF) használata. Mindkét reakció 90% körüli termeléssel szolgáltatja a célvegyületet, mely további tisztítás nélkül felhasználható a végső sóképzéshez. A terméket foszfát monohidrát formájában nyertük ki. 10

12 A Ph. D. értekezéshez kapcsolódó publikációk: Közlemény: 1. ermecz, I.; Sánta-Csutor, A.; Gönczi, Cs.; éja, G.; Csikós, E.; Simon, K.; Smelkó-Esek, Á.; Podányi, B.: Chemical development of the vasopressin receptor 2 antagonist S Pure and Applied Chemistry 2003, 73, alász, J.; Podányi, B.; Sánta-Csutor, A.; Böcskei, Zs.; Simon, K.; anusz, M.; ermecz, I.: Conformational analysis of spiro[cyclohexane-1,3 -indolin]-2 -ones. J Mol. Structure 2003, 654, ermecz I., Sántáné Csutor A., Gönczi Cs., Várkonyiné Schlovicskó E., Török Z., Morvai M., Szabó A., Simon K., Simon A., avasi G.: Gyógyszerfejlesztés: a kémia kihívása. Magy. Kém. Lapja 2003, 58, Sánta-Csutor, A.; Mucsi, Z.; Finta, Z.; Gönczi, Cs.; Csikós, É.; alász, J.; ermecz, I.: Kinetic and Theoretical Studies of a Facile ne-pot Preparation of a Spiro-cyclohexylindolinone Derivative. Eur. J. rg. Chem. közlésre elfogadva Elõadás, poszter: 1. ermecz I., Gönczi Cs., éja G., agy L., Csikós É., Szomor T.-né, Sántáné Csutor A., Szvoboda Gy.-né, Simon K., Smelkóné Esek Á., Podányi B., Simon A., ajdú F., alász J.: Egy Vasopressin 2 receptor antagonista, az S kémiai és analitikai fejlesztése (Vegyészkonferencia 2001, ajdúszoboszló, Előadásösszefoglalók 2.) 2. alász J., Podányi B., Sántáné Csutor A., Böcskei Zs., ajdú F., ermecz I.: Az S egyik intermedierjének és rokon vegyületeinek konformációs vizsgálata (Vegyészkonferencia 2001, ajdúszoboszló, Előadásösszefoglalók 20.) 3. Csutor A., alász J., ajdú F., éja G., ermecz I., Finta Z.: 1,3-Dioxolán gyűrű sztereoszelektív felnyitása ipari méretben (Vegyészkonferencia 2003, ajdúszoboszló, poszter, Előadásösszefoglalók 69.) 4. Csutor A., Mucsi Z., Finta Z., Gönczi Cs., ermecz I.: Spiro-ciklohexil-indolinon származékok előállítása, a reakciómechanizmus vizsgálata elméleti és analitikai módszerekkel (Vegyészkonferencia 2005, ajdúszoboszló, poszter, Előadásösszefoglalók 63.) 11

13 5. Mucsi Z., Csutor A., Finta Z., Gönczi Cs., ermecz I.: Az elméleti kémiai módszerek alkalmazása a gyakorlati gyógyszerfejlesztésben. A dioxolángyűrű reduktív felnyílásának mechanizmusa (Vegyészkonferencia 2005, ajdúszoboszló, Előadásösszefoglalók 40.) Szabadalom: 1. eja, G.; Csikos, E.; Eros Takacsy, T.; Gonczi, Cs.; alasz, J.; ermecz, I.; Majlath, Cs.; agy, L.; Santa Csutor, A.; Sarosi, P.; Simon, K.; Szomor,T.; Szvoboda, Gy.: Sulfonamidation process for the preparation of -(1,1-dimethylethyl)-4-[[5 -ethoxy-4-cis-[2-(4- morpholino)ethoxy]-2 -oxospiro[cyclohexane-1,3 -[]indole]1 (2 )yl] sulfonyl]-3- methoxybenzamide and its salt from its corresponding indolone derivative and 4-(-tertbutylaminocarbonyl)-2-methoxybenzenesulfonyl chloride in DMS. W , 2001, Chem. Abstr. 2001, 134, Gonczi, Cs.; Csikos, E.; ermecz, I.; eja, G.; Illar, A.; agy, L.; Santa Csutor, A.; Simon, A.; Simon, K.; Smelko-Esek, A.; Szomor,T.; Szvoboda, Gy.: Preparation of spiro[(4- cyclohexanone)-[3]-indol]2 [1 ]-ones from protected indolinones and acrylate esters. W , 2001, Chem. Abstr. 2001, 134, eja, G.; Csikos, E.; Gonczi, Cs.; alasz, J.; ajdu, F.; ermecz, I.; Kis, L.; agy, L.; Santa Csutor, A.; Simon, K.; Szomor,T.; Szvoboda, Gy.: Process for the preparation of spiro-[cis-4- (β-hydroxyethyloxy)cyclohexane-[3]indol]2 [1 ]one derivatives by the reduction of dispiro[(1,3-dioxolane)-2,4 -cyclohexane-1,3 -[3]indol]2 [1 ]-one derivatives. W , 2001, Chem. Abstr. 2001, 134, Gonczi, Cs.; Csikos, E.; ajdu, F.; ermecz, I.; eja, G.; eja, G.; agy, L.; Santa Csutor, A.; Simon, K.; Smelko-Esek, A.; Szomor,T.; Szvoboda, Gy.: Method for the preparation of 2- methoxy-4-[(-tert-butylamino)carbonyl]benzenesulfonyl chloride from 3-hydroxybenzoic acid. W , 2001, Chem. Abstr. 2001, 134, Csikós, É.; Gönczi, Cs.; ajdú, F.; ermecz, I.; éja, G.; éja, G.-né; Majláth, Cs.; agy, L.; Sánta-Csutor, A.; Szomor, T-né.; Szvoboda, Gy-né : Process for preparation of an - sulfonylspirocyclohexylindolin-2-one. W011827, 2003, Chem. Abstr. 2003, 138,