Szakmai zárójelentés a Potenciálisan antihiperglikémiás hatású 1,4-benzodioxán típusú vegyületek szintézise F47025 ifjúsági OTKA pályázathoz

Átírás

1 zakma zárójelentés a Potencálsan anthperglkémás hatású 1,4-benzodoxán típusú vegyületek szntézse F47025 fjúság TKA pályázathoz A projekt lebonyolítását befolyásoló tényezık. A kutatás projectben résztvevı kutatóként szerepelt Kónya Krsztna és Kenéz Ágnes, mnt Ph.D. hallgatók, akknek a témájuk nem kapcsolódott közvetlenül jelenleg project kutatás célktőzésehez, így részvételük sem mnden esetben volt teljes értékő. Ez a kutatás utolsó évében doktorálásukkal és alkalmazás nehézségükkel sajnos még tovább romlott. A kesı kutatás szerencsére TDK és dplomamunkázó hallgatók segítségével részben pótolható volt. Tekntettel arra, hogy egy új hallgató betanítása dıt gényel, így a projectnek vannak nem teljesen megvalósult kutatása, melyek befejezése a jövıben mndenképpen megvalósítható. Az utóbb években a felsıoktatásban történt létszámváltozások nagymértékben megnövelték az oktatók óraterhelését, így a kutatásra fordítandó dıkeret s csökkent.

2 A Debrecen Egyetem zerves Kéma Tanszékén az -heterocklusos vegyületek körében folyó kutatásokhoz kapcsolódva a között az TKA támogatásával folytatott kutatás során célul tőztük k 2,3-dhdrobenzo[1,4]doxn győrőrendszert tartalmazó gltazon analogon vegyületek szntézsét, bológa vzsgálatát, és a hatás szerkezet összefüggés vzsgálat alapján optmáls szerkezető anthperglkémás hatású lead vegyület szntézsét. A támogatás dıszaka alatt végzett kutatásam alatt elért kutatás eredményemet a következıkben foglalhatom össze: 1. Trogltazon analogonok szntézse és vzsgálata I. A trogltazon analogonok elsı sorozatának elıállításához szükséges 2-tozloxmetl- 2,3-dhdrobenzo[1,4]doxn származékok (12-15) elıállítását könnyen hozzáférhetı kndulás anyagokból az 1. ábrán mutatott reakcó utak (A; B; C) alapján valósítottuk meg [1]. A H H H v v v CH 15 H 16 CEt B H v H C 1,2 3,4 5,6 7-9 v Br Br v v H Ac H Br Br v Ts 1, 3, 5, 7, 17 Br H 2, 4, 6, 8, 18 H Br 19 Br Br 20 H H 9, 21 CH 2 1. ábra: 2-tozloxmetl-2,3-dhdrobenzo[1,4]doxn származékok elıállítása:.. alll-bromde /K 2 C 3 /DMF, 80 C;, MCPBA/CHCl 3,reflux;, NaMe/MeH, rt; v, TsCl/prdn, rt.; v, Br 2 ; AlCl 3 /AcH; v, (CH) n, MgCl 2 /Et 3 N, THF, reflux; v, H 2 2 /Et 3 N, 5 C ; v, etl 2,3- dbrómproponát, K 2 C 3 /aceton, reflux; v, LAlH 4 /éter Mnt azt a késıbbekben s látható vegyületek s mutatják, lyen típusú származékok elıállítására általánosan a B módszert alkalmaztuk, az A és C módszer egy egy specáls származék elıállítása tette szükségessé.

3 A B út során a szubszttuált (2-hdroxfenl)-metl-ketonokat (1,2) alll-bromddal alklezve jutottunk jó hozammal a 3,4 származékokhoz (87%, 90%), melyeket MCPBA-val onepot reakcóban alakítottunk át az 5,6 származékokká (80%; 71%; epoxdálás és Baeyer-Vllger oxdácó), mely származékokból a győrőzárás nem jelentet problémát (65-70%). A benzolgyőrőn metléndox funkcós csoportot tartalmazó származék elıállítását ezen az úton nem tudtuk megvalósítan, ugyans a persavas oxdácó során a vegyületünk teljes elbomlását tapasztaltuk, így e helyett az A utat választottuk, melynek kulcslépése a Darkn oxdácó során alkalmazott bázs kválasztása volt (tretlamn). A tozlezés egyk származék esetében sem jelentet problémát. A gltazonokra jellemzı tazoldn-2,4-don egység felvtelét az elızıekben elıállított tozolox származékokból a 2. ábrán vázolt reakcóút alapján valósítottuk meg. Ts 3 CH , , 22, 32 Br H H 27, 37 Br H CH 3 18, 23, 33 H Br H 28, 38 H Br CH 3 19, 24, 34, 47 Br Br H 29, 39 Br Br CH 3 20, 25, 35,42,46 H H H 30, 40, 44 H H CH 3 21, 26, 36, 43 CH 2 H 31, 41, 45 CH 2 CH 3 2. ábra: trogltazon analogonok elıállítása:. 4-hdroxbenzaldehd; vanln vagy fenol/ K 2 C 3 /DMF, 80 C; tazoldn-2,4-don/naac, 140 C; H 2 /Pd-C, 12 atm A fent reakcók során a kívánt termékeket magas hozammal tudtuk elıállítan. Problémát csak a halogén tartalmú származékok redukcója jelentett (32, 37, 33, 38, 34, 39), ugyans ezen esetekben a kataltkus hdrogénezés nem volt alkalmazható, egyéb az rodalomban s említett módszerek (LBH 4 ) esetében azonban nem tapasztaltunk átalakulást. Az így elıállított származékok (32 47) bológa vzsgálatra a DE EC rvos Vegytan Intézetébe kerültek, ahol vzsgálták a származékok glkogén foszforláz

4 nhbtor aktvtását nvtro körülmények között, mely vzsgálatok eredményet a 1. táblázatban foglalom össze K (GPa) 10 µm 9 µm K (GPb) 80µM 12 µm 30 µm IC 50 2 mm 7mM >5mM 560µM 1. Táblázat: trogltazon analogonok glkogén foszforláz nhbtor aktvtása Mnt az a táblázat adataból s látható, három származék esetében tapasztaltunk nhbícós aktvtást a glkogén foszforláz enzmmel szemben. A több esetben a vegyületek alacsony oldhatósága megakadályozta a mérések kvtelezését, ugyans alacsony koncentrácóban az oldószerként alkalmazott DM nhbícós hatásától nem választható el a szubsztrát aktvtása. A két legaktívabb vegyület pontos kötıdésének megállapítása érdekében az enzm-szubsztrát komplex röntgendfrakcós vzsgálatát s célul tőztük k, mely méréseket az athén zerves és Gyógyszerkéma Intézetben (Insttute of rganc and Pharmaceutcal Chemstry, The Natonal Hellenc esearch Foundaton) végzk Prof. Dr. Nkos G. konomakos rányításával. A fent röntgendfrakcós mérések sajnos a ma napg még nem készültek el, eredményet így késıbbekben közöljük [2]. 2. Trogltazon analogonok szntézse és vzsgálata II. Az elsı fejezetben bemutatott kutatás folytatásaként újabb trogltazon analogonok (48-50) szntézsét valósítottuk meg az elızıekben smertetett B reakcóút szernt (3. ábra). Továbbá kísérleteket végeztünk tazoldn-2,4-don győrőrendszert nem tartalmazó származékok elıállítására. 3 H 4 48 = = H; 3 = CH 3 ; 4 = CH 3 49 = H; = Bn; 3 = H; 4 = CH 3 50 = CH 3, = 3 = H; 4 = H 3 48 = = H; 3 = CH 3 49 = H; = Bn; 3 = H 50 = CH 3, = 3 = H 3. ábra: Új trogltazon analogonok Ezen származékok elıállítása során a tazoldn-2,4-donnal való kondenzácós reakcó megvalósítására a korábban alkalmazott oldószermentes termkus reakcó helyett módszert dolgoztunk k oldószermentes, de mkrohullámú besugárzással történı kvtelezésére (110W; 10 perc; 100 C). Ezzel a módszerrel skerült lecsökkentenünk a reakcódıt (10 perc perc helyett és az alkalmazott bázs mennysége s drasztkusan csökkenthetı volt). A módszer a termkus reakcókörülményekhez hasonlóan magas hozammal szolgáltatta a kívánt terméket. A tazoldn-2,4-dont nem tartalmazó származékok elıállítása a 4.ábrán bemutatott reakcósor alapján történt.

5 CH H PhN 2 H 3 N 2 H 4 AcH AcH N N N 25 CH + H2 N 2 + Et toluol 58 EtC H N 4. ábra:. etl-acetát, LDA, -78 C;. Mn 2 / CH 2 Cl 2, rt A nem tazoldn-2,4-don heterogyőrőt tartalmazó vegyületek képítéséhez heterocklusok elıállítása során leggyakrabban alkalmazott kétkomponenső szntézsmódszer alkalmazása mellet döntöttünk, amkor s az új győrőrendszert egy dlektrofl és dnukleofl között lejátszódó győrőzárás reakcóban építjük k. A szükséges delektrofl rendszert β-dkarbonl származékot a 25 vegyületbıl két lépésben állítottuk elı: a 25 aldehdet az etl-acetátból -78 C-on LDA-val generált C- nukleofllel reagáltattuk. Ebben az esetben magas hozammal kaptuk az 54 etl-(βhdroxproponát) származékot, melynek a mangán doxdos oxdácója dklórmetánban az 55 etl-(β-ketoproponát) származékot szolgáltatta. A prazoln heterocklus kalakítását az 55 etl-(β-ketoproponát) származékból jégecetben fenl-hdraznnal, lletve hdraznnal végzett átalakítással, míg a tetrahdroprmdn-2-on struktúra kalakítását Bgnell reakcóban végezve közepes hozammal kaprunk a kívánt származékokat. Az így nyer vegyületek bológa vzsgálatát egyrészt a DE EC rvos Vegytan ntézetében (glkogén foszforláz nhbtor aktvtás), másrészt a Bokéma és Molekulárs Bológa Intézetében történtek ahol a kegészítve a korábban elıállított trogltazon analogonokkal a vegyületek PPAγ receptorra kfejtett hatását vzsgálták. Az glkogén foszforláz nhbícós vzsgálatok eredménye még nem smertek, így azok dszkusszója egy késıbb közlemény részét képezk majd. [3] A PPAγ agonsta hatás vzsgálat eredmények kértékelése, és a belıle készülı közlemény összeállítása jelenleg tart, így a vzsgálatok eredményet rövden a következıkben foglalom össze. A vegyületenket három tesztrendszeren vzsgáltuk, hogy megállapítsuk, hogy szunsztrátja-e valamelyk molekula a PPAγ receptornak. Az elsı a lucferase assay, amnek a lényege, hogy a vzsgálandó sejtekbe Galfúzós-PPAγ lgand kötı fehérjét és lucferáz enzmet kódoló DN-t juttatnak, mely lucferáz enzm így csak PPAγ lgandumok jelenlétében termelıdk. A lgandok hatására lucferáz enzm oxdálja a lucfernt, és a mért fluorescenca arányos lesz a lgandum aktvtásával. Ezzel az assay-vel megvzsgáltuk a vegyületenket, és azt tapasztaltuk, öt származék rendelkezk jelentıs PPAγ agnsta aktvtással (5. ábra)

6 H 3 C 44 H 3 C 45 Me 48 Bn ábra: PPAγ agonsta vegyületek A lucferase assay mellett vzsgáltuk vegyületenket lantha screen assay-vel s, mely szntén a PPAγ agonsta vegyületek meghatározására alkalmazható módszer, azonban tt a receptor sejtbıl zoláltan található, így aktvtás csak a külsıleg bevtt lgandum hatására tapasztalható. Ennek a módszernek az eredménye jó egyezést mutattak a lucferase assay adataval. A vegyületek toxctását MTT assay-vel határoztuk meg, és jóllehet számos vegyület mutatkozott toxkusnak, az aktív vegyületek közül a több aktív komponens mutatott csak ksmértékő toxctást. Ezen vzsgálatok eredményébıl a közlemény összeállítása jelenleg folyamatban van [4]. Vzsgáltuk vegyületen antoxdáns aktvtását s és származékank közül több molekula s hatékony xantn oxdáz nhbtornak bzonyult. Mvel az egyk legaktívabb vegyület a 49 származék volt, ezért elıállítottuk a 6. ábrán látható analogonjat, melyek bológa vzsgálata a jelenleg s tart. [5] ,53 51, 54 52, 55 H 6. ábra: Trogltazon analogonok

7 3. Engltazon analogonok szntézse és bológa vzsgálata A trogltazon analogonok szntézse mellet célunk volt engltazon nalogonok szntézsét s megvalósítan (56, 57). HN HN E vegyületek szntézsét az rodalomban smert és könnyen hozzáférhetı 6- lletve 7-forml-2,3-dhdrobenzo[1,4]doxn (58, 59) származékból kívántuk megvalósítan, mely reakcóhoz kísérletet végeztünk a 2-benzl-2,3- dhdrobezo[1,4]doxn elıállítására a 10 származékból kndulva (7. ábra). H Tf 7. ábra:. Tf 2 /Py/CH 2 Cl 2 ; ) PhMgBr/(CH 3 ) 2 -Cu(I)/THF A fent ábrán látható szekvenca szernt jó hozammal skerült elıállítan a modellvegyületünket. Az 58 és 59 származékok elıállításához szükséges trflát származékot (62, 63) nem skerült elıállítanunk annak rendkívül bomlékonysága matt, így más módszerrel állítottuk elı ezeket az analogonokat. (8. ábra) 61 (H 3 C) 2 N-N=C 62,63 Tf A szntézs kndulás anyaga a könnyen hozzáférhetı 3,4-dhdroxbenzaldehd (64) amely vegyület közepes hozammal alakítható át a propargl származékká. CH H H CH H HC H HC HN ábra:. propargl-bromd, aceton, reflux, K 2 C 3 ;. PhBr, [(Ph 3 P) 2 PCl 2 ], CuI, Et 3 N, 100 C;. tazoldn-2,4-don, NaAc, MW, 100W, 100 C.; v. H 2, Pd-C, ACH v HN 68

8 Az így kapott 65 származékot brómbenzollal onogashra kapcsolással a 66 acetlén származékká alakítottuk, mely vegyület a reakcó körülménye között a 67 benzo[1,4]doxn származékká cklzált. A korábban már smertetett módon mkrohullámú körülmények közöttelvégeztük a kondenzácós reakcót (67 68), majd az így nyert terméket nagynyomáson hdrogénezve a kívánt terméket kaptuk (56). A 57 regozomer elıállítása az 56 származékkel analóg módon történ, azonban ebben az esetben a 64 aldehd C-4 helyzető hdroxlcsoportját elıbb szelektíven védtük, és csak ezután történt a proparglezés. A védıcsoport hasítása után a reakcó szekvenca meggyezett az 56 származék esetében alkalmazottal (9. ábra). CH CH HC HC v H H MM H H MM HC H 57 v 9. ábra:. MMCl, aceton, K 2 C 3, reflux;. propargl-bromd, aceton, K 2 C 3, reflux;. 10% HCl, MeH; v. PhBr, [(Ph 3 P) 2 PCl 2 ], CuI, Et 3 N, 100 C;. tazoldn-2,4-don, NaAc, MW, 100W, 100 C.; v. H 2, Pd-C, ACH, 12 atm. Az elızıekben elıállított származékok mellett még tovább analógokat szntetzáltunk, melyek elıállítását a 10. ábra mutatja. 74 v HC 73 CH H H CH 64, 75, , 77, 80, 83 H 75, 78, 81, 84 Br 76, 79, 82, 85 CH ábra:. 1,2-dbrómetán, K 2 C 3, aceton, reflux;. tazoldn-2,4-don, NaAc, MW, 100 C, 100W; H 2, Pd-C, ACH, 12 atm Ezen származékok bológa vzsgálata jelenleg s tart, így a kutatás ezen eredménye késıbbekben kerülnek közlésre [6].

9 4. Benzo[1,4]doxn győrőrendszert tartalmazó glükóz analóg glkogén foszforláz nhbtorok szntézse. A Debrecen Egyetem zerves Kéma Tanszékén Prof. Dr. omsák László kutatócsoportja már évek óta foglalkozk glkogén foszforláz nhbtorok elıállításával. zámos, heterocklust s tartalmazó glükóz analóg nhbtort állítottak már elı, azonban benzo[1,4]doxn győrőrendszert tartalmazó származékokat ez deg még nem. A szntézshez szükséges karbonsavakat (87-90) oxdácóval állítottuk elı a megfelelı alkohol (10) és aldehd származékokból (77-79) kndulva, kvéve a 91 származékot, melyet a 102 észter származékból nyertünk jó hozammal (11 ábra). CH CH H CH Br v Br CEt CEt CEt CH 77, 87 H 78, 88 Br 79, 89 CH 3 11 ábra:. KMn 4, aceton;, NB, (PhC) 2 2, CCl 4 ;. NaI, aceton, reflux; v. 8% KH, MeH A benzodoxán győrőrendszert tartalmazó nhbtorok elıállítást a 12. ábrán smertetem. A karbonsavak kapcsolása a tetra--acetl-b-glükopranozl-azddal (86) jó hozammal szolgáltatta a kívánt amd származékokat, melyek elszappanosítása metanolban nátrum-metlát jelenlétében a védetlen származékokat eredményezte. Jóllehet a 90 vegyület racém formában állt rendelkezésünkre azonban a reakcó feldolgozása során a két sztereozomert (100a és 100b) tsztán tudtok zoláln és szerkezetüket NM spektroszkópával gazoln.

10 Ac Ac Ac Ac N 3 + H Ac Ac Ac Ac H N H H H H H N ábra: I P(CH 3 ) 3, CH 2 Cl 2 ; NaMe, MeH 90, 95a, 100a 90, 95b,100b 91, 96, , 92,97 88, 93, 98 Br 89, 94, 99 CH 3 Ezen származékok glkogén foszforláz nhbtor aktvtásának meghatározása jelenleg s folyamatban van. Jelenleg adatank szernt a 101 származék esetében a 35 µm értéket kaptak a vegyület nhbícós állandójára. A tovább mérések folyamatban vannak, így ezen eredmények közlése késıbb várható. [7] 5. 2-hdroxmetl-2,3-dhdrobenzo[1,4]doxn származékok elıállítása hdroltkus knetkus rezolválás segítségével. Az optkalag aktív származékok szntézsére hdroltkus knetkus rezolválás (HK) alkalmazásával kívántuk megoldan. A szntézsenk ntermedere mnden esetben az aromás győrőn szubszttuált 2-(2,3-epoxpropenl)-fenl-acetát (pl.: 5, 6) típusú vegyület, mely vegyületek termnáls epoxd győrője rodalm adatok alapján jó enantoszelektvtással nytható a kereskedelemben kapható Jackobsen típusú Cobalt(III)salen katalzátor jelenlétében nukleoflekkel. A reakcók során mndhárom esetben jó hozammal és magas enantoszelektvtással (ee: 75-80%) tudtuk zoláln az optkalag aktív epoxdokat és a megfelelı dolokat. A módszer optmálása szubszttuált származékokra folyamatban van [8].

11 Irodalom jegyzék Megjelen és elıkészítés alatt álló publkácók: 1. L. Juhász, T. Docsa, A. Brunyászk, P. Gergely,. Antus; ynthess and glycogen phosphorylase nhbtor actvty of 2,3-dhydrobenzo[1,4]doxn dervatves. Boorganc & Medcnal Chemstry 15 (2007) Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. 3. Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. 4. Nem publkált adatok, közlemény összeállítása folyamatban. 5. Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. 6. Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. 7. Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. 8. Késıbbekben publkálandó eredmények, adatok. A project anyagából tartott elıadások és bemutatott poszterek lstája: Poszterek: 1) László Juhász Zoltán Czakó, Tbor Docsa, Attla Brunyánszk, Pál Gergely, ándor Antus: ynthess and Glycogene Phosphorylase Inhbtor Actvty of 1,4- Benzodoxane Dervatves; 2th German Hungaran Workshop Debrecen Eger, Hungary, Aprl (poszter) 2) László Juhász, Zoltán Czakó, Tbor Docsa, Attla Brunyánszk, Pál Gergely, ándor Antus: ynthess and Glycogene Phosphorylase Inhbtor Actvty of 1,4- Benzodoxane Dervatves; 13th FECHEM Conference Heterocycles n Boorganc Chemstry, May 28-31, opron, Hungary (poszter) 3) L. Juhász, T. Docsa, A. Brunyánszk, P. Gergely, L. Peters,. Antus: ynthess and Bologcal Actvty of -Heterocyclc Compounds; XXII ECHC, Bar, laszország, szeptember (poszter) Elıadások: 1) László Juhász, ándor Antus; ynthess of 1,4-benzodoxane-type compounds wth anthyperglcemc actvty 1st German - Hungaran Workshop; Hannover, july 04-06, ) Tbor Kurtán, Krsztna Kónya, László Juhász, ándor Antus; Lpasecatalysed Knetc esoluton of Hydroxymethyl-1,4-benzodoxanes and dhydrobenzo[b]furans. XXI European Colloquum on Heterocyclc Chemstry, opron / Hyngary Abstract 123: W-02. (2004) 9. Juhász László, Kónya Krsztna, Kurtán Tbor, Antus ándor; Knetkus rezolválás az -heterocklusok körében. MTA Elmélet zereskéma Munkabzottság Ülés; Budapest, január 27.

12 9. Juhász László: 1,4-Benzodoxán vázas glkogén foszforláz nhbtorok szntézse MTA Heterocklusos Kéma Munkabzottság elıadóülése; Balatonszemes, júnus (elıadás) Egyéb: A project dıtartama alatt 3 hallgató dplomamunkája a project részterületebıl készült, míg egy Ph.D. hallgató doktor munkája jelenleg s aktív része a projectnek. 1. Kolozsvár Anta: Kísérletek optkalag aktív 1,4-benzodoxánok elıállítására. Debrecen Egyetem, 2006; Témavezetı: Dr. Juhász László 2. Czakó Zoltán: 1,4-benzodoxánvázas Engltazon analogonok szntézse. Debrecen Egyetem, 2006; Témavezetı: Dr. Juhász László 3. Varga Gergely: 2,3-Dhdrobenzo[1,4]doxn vázas trogltazon analogonok szntézse és bológa vzsgálata. Debrecen Egyetem, 2007; Témavezetı: Dr. Juhász László 4. Czakó Zoltán: Bológalag aktív 1,4-benzodoxánvázas vegyületek szntézse. Ph.D. értekezés (készítése folyamatban).