PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET Marina Šekutor · prirodoslovno-matematiČki fakultet marina...
Transcript of PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET Marina Šekutor · prirodoslovno-matematiČki fakultet marina...
-
PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET
Marina Šekutor
ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM
PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I
PRIMJENA
DOKTORSKI RAD
Zagreb, 2013.
-
FACULTY OF SCIENCE
Marina Šekutor
ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE
SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND
APPLICATION
DOCTORAL THESIS
Zagreb, 2013
-
PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET
Marina Šekutor
ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM
PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I
PRIMJENA
DOKTORSKI RAD
Mentor: Prof. dr. sc. Kata Majerski
Zagreb, 2013.
-
FACULTY OF SCIENCE
Marina Šekutor
ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE
SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND
APPLICATION
DOCTORAL THESIS
Supervisor: Prof. Dr. Kata Majerski
Zagreb, 2013
-
Zahvale
Iskreno zahvaljujem svojoj mentorici prof. dr. sc. Kati Majerski na iskazanoj potpori
tijekom izrade ove doktorske disertacije te na korisnim savjetima i sugestijama koji će mi i u
budućnosti biti od koristi.
Hvala svim članovima LSOK-a na podršci i stvaranju ugodne radne atmosfere, hvala
Tanji na stalnoj pomoći oko otvaranja raznoraznih boca i ventila (znam da sam naporna s
time, ali kad ne mogu otvoriti!). Naročito bih se željela zahvaliti dr. sc. Jeleni Veljković na
prenesenom znanju i iskustvu čime mi je znatno pomogla u mom razvoju u samostalnog
sintetskog kemičara. Hvala Vam, Jelice!
Također bih se zahvalila svim članovima Centra za NMR na strpljivom snimanju
velikog broja spektara, bez Vaše susretljivosti ne bi mi bilo lako.
Hvala i Lidiji Brkljačić, dipl. ing. na snimanju ESI-MS spektara, znam da nije bilo
lako svaki čas snimati „još samo ovaj uzorak“.
Naročito bih se zahvalila dr. sc. Zoranu Glasovcu na iznimnoj pomoći i savjetima
prilikom analize dobivenih masenih spektara, ali i na neformalnom uvodu u osnove računalne
kemije, Vaši savjeti za to, do tada meni slabo poznato polje kemije, bili su mi uistinu
dragocijeni (bez brige, dosađivat ću Vam još oko toga i ubuduće).
Hvala i izv. prof. dr. sc. Ines Primožič, prof. dr. sc. Srđanki Tomić-Pisarović, dr. sc.
Ruži Frkanec i Adeli Štimac, dipl. ing. na provedenim enzimskim ispitivanjima i uspješnoj
suradnji. Profesorici Tomić sam iznimno zahvalna na toplim preporukama nakon završetka
mog dodiplomskog studija koje su doprinijele da dođem u ovako izniman sintetski laboratorij
te da dalje znanstveno napredujem.
Za kraj sam ostavila najvažniju zahvalu, a to je mojim roditeljima bez čije potpore i
ljubavi u cijelom svom životu ne bih mogla postići sve ono što sam oduvijek željela. Hvala
vam, volim vas najviše!
Marina
-
§ Sadržaj ix
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Sadržaj
SAŽETAK ............................................................................................................................... XI
ABSTRACT ......................................................................................................................... XIII
§ 1. UVOD ............................................................................................................................... 1
§ 2. LITERATURNI PREGLED .......................................................................................... 3
2.1. Biološka aktivnost adamantana .................................................................................................. 3
2.1.1. Svojstva adamantana važna za biološku aktivnost ......................................................................... 3
2.1.2. Adamantanska podjedinica u bioaktivnim spojevima .................................................................... 4
2.2. Biološka aktivnost gvanidina .................................................................................................... 13
2.2.1. Svojstva gvanidina važna za biološku aktivnost ........................................................................... 13
2.2.2. Gvanidinska podjedinica u bioaktivnim spojevima ...................................................................... 15
2.3. Gvanidini kao anionski receptori ............................................................................................. 20
2.4. Spektrometrija masa gvanidina ................................................................................................ 26
2.5. Policiklički gvanidinski spojevi ................................................................................................. 29
§ 3. EKSPERIMENTALNI DIO ........................................................................................ 43
3.1. Priprava gvanilhidrazona 1-6 ................................................................................................... 43
3.1.1. Priprava 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (1) .......................................................... 43
3.1.2. Priprava 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (2) ............................................ 44
3.1.3. Priprava 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (3) ............................................ 45
3.1.4. Priprava 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (4) ........................................ 45
3.1.5. Priprava 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (5) ........................................ 46
3.1.6. Priprava 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekana (6) ...................... 47
3.2. Priprava aminogvanidina 7-12.................................................................................................. 47
3.2.1. Priprava 1-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodida (7) ....................................................... 48
3.2.2. Priprava 2-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodida (8) ....................................................... 48
3.2.3. Priprava 2,6-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodida (9) ........................................... 49
3.2.4. Priprava 1,3-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodida (10) ......................................... 49
3.2.5. Priprava E-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodida (11) ................................ 50
3.2.6. Priprava Z-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodida (12) ................................ 50
3.3. Priprava prekursora .................................................................................................................. 51
3.3.1. Priprava S-metilizotiosemikarbazid-hidrojodida (20) ................................................................. 51
3.3.2. Priprava 4-oksahomoadamantan-5-ona (28) .............................................................................. 51
3.3.3. Priprava 4-hidroksiadamantan-2-ona (17) .................................................................................. 52
-
x § Sadržaj
Doktorska disertacija Marina Šekutor
3.3.4. Priprava adamantan-2,4-diona (15) ............................................................................................ 53
3.3.5. Priprava 1-hidroksiadamantan-4-ona (18) .................................................................................. 53
3.3.6. Priprava adamantan-2,6-diona (16) ............................................................................................ 54
3.3.7. Priprava pentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekan-8,11-diona (19) ............................................... 55
3.3.8. Priprava oksima adamantan-2-ona (36) ...................................................................................... 55
3.3.9. Priprava 2-aminoadamantana (22) ............................................................................................. 56
3.3.10. Priprava oksima adamantan-2,6-diona (37) .............................................................................. 56
3.3.11. Priprava 2,6-diaminoadamantana (23) ..................................................................................... 57
3.3.12. Priprava 1,3-diacetamidoadamantana (39) ............................................................................... 58
3.3.13. Priprava 1,3-diazidoadamantana (40) ....................................................................................... 58
3.3.14. Priprava 1,3-diaminoadamantana (24) ..................................................................................... 59
3.3.15. Priprava N-(4-hidroksiadamantil)-1-feniletanamina (43 i 44) .................................................. 60
3.3.16. Priprava 2-amino-5-hidroksiadamantana (25 i 26) ................................................................... 61
3.4. Teorijski izračun geometrija spojeva 1-12 u plinskoj fazi ...................................................... 62
3.5. Fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona u plinskoj fazi ................................................ 63
3.6. Vezivanje aniona s adamantanskim aminogvanidinima ........................................................ 64
§ 4. REZULTATI I RASPRAVA ....................................................................................... 67
4.1. Uvod ............................................................................................................................................ 67
4.2. Priprava spojeva ........................................................................................................................ 68
4.3. Usporedba svojstava pripravljenih gvanilhidrazona i aminogvanidina ............................... 76
4.4. Studij fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona u plinskoj fazi ...................................... 85
4.5. Adamantanski derivati aminogvanidina kao enzimski inhibitori ......................................... 98
4.6. Studij vezivanja aniona s adamantanskim aminogvanidinima ............................................ 103
§ 5. ZAKLJUČAK ............................................................................................................. 121
§ 6. POPIS OZNAKA, KRATICA I SIMBOLA ............................................................. 123
§ 7. LITERATURNI IZVORI ........................................................................................... 125
§ 8. DODATAK ................................................................................................................... XV
§ 9. ŽIVOTOPIS ........................................................................................................... XLVII
-
§ Sažetak xi
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Sveučilište u Zagrebu
Prirodoslovno-matematički fakultet
Kemijski odsjek
Doktorska disertacija
SAŽETAK
ADAMANTANSKI SPOJEVI S GVANIDINSKOM PODJEDINICOM: SINTEZA, KARAKTERIZACIJA I PRIMJENA
Marina Šekutor
Institut Ruđer Bošković, Bijenička 54, 10000 Zagreb, Hrvatska
U ovoj disertaciji opisana je priprava novih adamantanskih aminogvanidina. Prva serija derivata obuhvaća gvanilhidrazone 1-5: 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (1), 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (2), 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (3), 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (4), 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (5) i 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo-[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekan (6). Drugu seriju čine aminogvanidini 7-12: 1-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodid (7), 2-(3-aminogvanidino)adamantan-hidrojodid (8), 2,6-bis-(3-aminogvanidino)adamantan-dihidrojodid (9), 1,3-bis-(3-aminogvanidino)-adamantan-dihidrojodid (10), E-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodid (11) i Z-2-(3-aminogvanidino)-5-hidroksiadamantan-hidrojodid (12). Izračunate su geometrije navedenih spojeva zbog analize rezultata fragmentacije protoniranih gvanilhidrazona dobivenih upotrebom masene spektrometrije te je utvrđeno postojanje utjecaja susjedne skupine na fragmentaciju spojeva 2 i 6. Spojevi 1 i 2 najbolji su inhibitori butirilkolinesteraze iz ove serije, a ugradnjom spojeva 7-12 u liposome dobiveni supramolekulski sustavi postaju inhibitori acetilkolinesteraze. Provedeno je i ispitivanje aminogvanidina kao mogućih anionskih receptora, a NMR titracijama potvrđeno je da receptor 8 selektivno kompleksira oksoanione.
(138 stranica, 100 slika, 11 tablica, 171 literaturni navod, jezik izvornika: hrvatski)
Rad je pohranjen u Središnjoj kemijskoj knjižnici, Horvatovac 102A, Zagreb i Nacionalnoj i sveučilišnoj knjižnici, Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb. Ključne riječi: adamantan/ aminogvanidin/ anionski receptor/ DFT/ enzimska inhibicija/ MS Mentor: Prof. dr. sc. Kata Majerski Ocjenitelji: Prof. dr. sc. Srđanka Tomić-Pisarović, red. prof.
Prof. dr. sc. Kata Majerski, zn. savj. Dr. sc. Davor Margetić, zn. savj.
Rad prihvaćen: 04. 12. 2013.
-
§ Abstract xiii
University of Zagreb
Faculty of Science
Department of Chemistry
Doctoral Thesis
ABSTRACT
ADAMANTANE COMPOUNDS WITH A GUANIDINE SUBUNIT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND APPLICATION
Marina Šekutor
Ruđer Bošković Institute, Bijenička 54, 10000 Zagreb, Croatia In this thesis the preparation of novel adamantane aminoguanidines is described. The first series encompasses guanylhydrazones 1-5: 2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (1), 2,4-bis(guanidino)diiminoadamantane dihydrochloride (2), 2,6-bis(guanidino)diimino-adamantane dihydrochloride (3), 4-hydroxy-2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (4), 5-hydroxy-2-(guanidino)iminoadamantane hydrochloride (5) and 8,11-bis(guanidino)-diiminopentacyclo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undecane (6). The second series consists of aminoguanidines 7-12: 1-(3-aminoguanidino)adamantane hydroiodide (7), 2-(3-aminoguanidino)adamantane hydroiodide (8), 2,6-bis-(3-aminoguanidino)adamantane dihydroiodide (9), 1,3-bis-(3-aminoguanidino)adamantane dihydroiodide (10), E-2-(3-aminoguanidino)-5-hydroxyadamantane hydroiodide (11) and Z-2-(3-aminoguanidino)-5-hydroxyadamantane hydroiodide (12). Their geometries were calculated to be used in the analysis of protonated guanylhydrazone fragmentation results obtained by mass spectrometry and the neighboring effect on fragmentation of 2 and 6 was found. Compounds 1 and 2 were the best butyrylcholinesterase inhibitors in this series and by incorporation of compounds 7-12 into liposomes the resulting supramolecular systems became acetylcholinesterase inhibitors. Aminoguanidines were also studied as possible anion receptors and NMR titration confirmed selective binding of oxoanions by receptor 8.
(138 pages, 100 figures, 11 tables, 171 references, original in Croatian) Thesis deposited in Central Chemical Library, Horvatovac 102A, Zagreb, Croatia and National and University Library, Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb, Croatia. Keywords: adamantane/ aminoguanidine/ anion receptor/ DFT/ enzyme inhibition/ MS Supervisor: Prof. Dr. Kata Majerski Reviewers: Prof. Dr. Srđanka Tomić-Pisarović, Professor
Prof. Dr. Kata Majerski, Senior Scientist Dr. Davor Margetić, Senior Scientist
Thesis accepted: December 4, 2013
-
§ 1. Uvod 1
Marina Šekutor Doktorska disertacija
§ 1. UVOD
Adamantan je kavezasta molekula idealna za istraživanje kemijske reaktivnosti i
međudjelovanja supstituenata vezanih na njega.1 Zahvaljujući posebnim svojstvima koja
posjeduje (lipofilnost, krutost strukture i mala napetost u molekuli), adamantanski fragment je
često prisutan u strukturama različitih farmakofora.2 Tako su primjerice neki adamantanski
derivati poznati po svojim antivirusnim djelovanjima,3 a u mnogim se slučajevima
adamantanska podjedinica uvodi u spojeve za koje je već dokazana određena biološka
aktivnost.4 Različitim se strukturnim modifikacijama poboljšavaju farmakoforna svojstva
adamantana te se, kako je vidljivo iz brojnih literaturnih primjera, time povećava
djelotvornost bioaktivne podjedinice.5
Gvanidini su pak poznati kao važni građevni elementi u stanicama živih organizama
pa je tako gvanidinska podjedinica dio aminokiseline arginina te purinske baze gvanina.
Spojevi s gvanidinskim strukturama česti su kandidati za potencijalne lijekove zbog
mogućnosti interakcije s mnogim biološkim supstratima, a posjeduju zanimljiva biokemijska
svojstva pošto su to organski spojevi s dobrom topljivošću u vodenom mediju.6 Također je
poznato da neki spojevi s gvanidinskom strukturom posjeduju antimikrobna, antivirusna te
antitumorska djelovanja.7 Jedan od razloga za ovako široku rasprostranjenost gvanidinskih
derivata u biološkim sustavima je visoki protonski afinitet gvanidina (jaka sklonost
protoniranju kao posljedica tzv. Y-konjugacije8) te mogućnost stvaranja stabilnih vodikovih
veza.9 Navedene osobine čine gvanidinske derivate vrlo važnima u procesima molekulskog
prepoznavanja u biološkim sustavima, ali i u supramolekulskoj kemiji kod razvoja novih
receptora za anione.
Cilj ove disertacije je sinteza novih adamantanskih derivata aminogvanidina te
ispitivanje njihovih svojstava i potencijalne primjene. U literaturi je poznat široki spektar
farmakofora koji svoju aktivnost zahvaljuju upravo adamantanskoj lipofilnosti koja
omogućava lakši prolazak molekula kroz stanične membrane gdje je onda moguće djelovanje
bioaktivnih podjedinica. Stoga je osnovni cilj pripraviti nove spojeve koji bi uključivali
kombinaciju adamantanskog i gvanidinskog fragmenta te ispitati sinergiju svojstava
adamantana i gvanidina kada se nalaze u istoj molekuli putem studije njihovog biološkog
djelovanja. Studija fragmentacije njihovih iona u plinskoj fazi i teorijski izračuni njihovih
-
2 § 1. Uvod
Doktorska disertacija Marina Šekutor
geometrija dodatno će pridonijeti razumijevanju intramolekulskih interakcija u ovakvim
molekulama. Očekivane primjene ovih spojeva su u području enzimske inhibicije (u prvome
redu enzima iz skupine kolinesteraza) te u području anionskih receptora.
Priprava, izolacija i identifikacija spojeva obuhvaćenih ovom disertacijom provedena
je uobičajenim postupcima u sintetskoj organskoj kemiji. Istraživanja fragmentacije iona u
plinskoj fazi provedena su upotrebom masene spektrometrije, a za ispitivanja kompleksiranja
aniona korištene su UV/Vis i NMR spektroskopija. Enzimska ispitivanja provedena su na
enzimima butirilkolinesterazi te acetilkolinesterazi. Za potrebe ove disertacije nužno je bilo
razraditi metode priprave novih adamantanskih spojeva s gvanidinskom podjedinicom, a na
temelju rezultata gore navedenih istraživanja dobiven je uvid u svojstva i djelovanja ovakih
derivata što predstavlja važan znanstveni doprinos kemiji policikličkih spojeva.
-
§ 2. Literaturni pregled 3
Marina Šekutor Doktorska disertacija
§ 2. LITERATURNI PREGLED
2.1. Biološka aktivnost adamantana 2.1.1. Svojstva adamantana važna za biološku aktivnost
Adamantan, triciklički zasićeni ugljikovodik kemijske formule C10H16 i izuzetnih fizikalno-
kemijskih svojstava, prisutan je u strukturama mnogih biološki aktivnih molekula. U prvom
redu djeluje kao pogodan lipofilni fragment koji dodatno pospješuje farmakološka djelovanja
cijelog niza različitih supstituenata koji su na njega vezani.10 Uz karakterističnu lipofilnost,
ostala kemijska svojstva uključuju krutost strukture (posljedica konformacijske zakočenosti
cikloheksanskih prstenova koji ga tvore), malu napetost u molekuli (svi ugljikovi atomi imaju
povoljan tetraedarski raspored) i visoku termičku stabilnost (posjeduju viša tališta u usporedbi
s drugim ugljikovodicima istog broja ugljikovih atoma).1
Kristalna struktura adamantana nalikuje kristalnoj rešetci dijamanta, a sama molekula
posjeduje Td simetriju što čini adamantan vrlo kompaktnim kavezastim spojem.11 Prednost
adamantanskog skeleta je i mogućnost selektivne funkcionalizacije donorskim ili
akceptorskim skupinama što je naročito važno iz sintetske perspektive.12
adamantan diamantan triamantan tetramantan
Slika 1. Struktura kristalne rešetke dijamanta s naznačenim diamantoidnim homolozima.13
-
4 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Adamantan je našao svoju primjenu u mnogim područjima znanosti i tehnologije, npr. kod
sinteze polimera, u nanotehnologiji i kemiji materijala, kod sinteze ionskih receptora, u
supramolekulskoj kemiji, itd.,14 no u okviru ove disertacije naglasak će biti stavljen na
upotrebu adamantanske podjedinice u bioaktivnim spojevima.
2.1.2. Adamantanska podjedinica u bioaktivnim spojevima
Adamantanska struktura danas se često uvodi u spojeve za koje je već dokazana određena
biološka aktivnost te je to jedan od načina poboljšavanja farmakofornih svojstava bioaktivnih
spojeva.2,4,15,16 Uzrok tome je povećanje lipofilnosti molekula zbog prisutnosti adamantanske
podjedinice čime se poboljšava stabilnost i distribucija spojeva u krvnoj plazmi te je
omogućen lakši prolazak kroz staničnu membranu.17
Slika 2. Adamantanski derivati koji su trenutno u kliničkoj upotrebi.16
Prva upotreba adamantanskih spojeva kao lijekova počela je 1960-ih otkrićem antivirusne
aktivnosti 1-aminoadamantana (1) koji se pokazao uspješnim protiv virusa gripe tipa A,18 a
koji je poznat pod nazivom amantadin i Symmetrel®. Daljnim istraživanjima utvrđeno je da
posjeduje aktivnost i kod virusa hepatitisa C19 te kod Parkinsonove bolesti20. Virus gripe ulazi
u stanice endocitozom, a nizak pH u endosomu potiče fuziju membrane virusa s endosomom
nakon čega dotok protona kroz transmembranski M2 protein uzrokuje ulazak virusne RNA u
citoplazmu stanice.21 Amantadin blokira ionske kanale u transmembranskom M2 proteinu,22
nema migracije H+ iona te se time sprečava ulazak virusne RNA u citoplazmu i daljnja
replikacija virusa je onemogućena.23 Drugi adamantanski amin, 1-(1-aminometil)adamantan
(3), poznat pod imenom rimantadin, također posjeduje antivirusnu aktivnost te ima manje
nuspojava od amantadina, a 1-amino-3,5-dimetiladamantan (2), poznat pod imenom
-
§ 2. Literaturni pregled
Marina Šekutor
memantin, našao je svoju primjenu i kod lije
bolesti18b,25, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na
onemogućavanju pretjeranog dotok
a)
Slika 3. a) Inhibicija virusa gripe adamantanskim aminimaproteina virusa gripe rimantadinom.
Međutim, u novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske
amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnoš
Primjeri takvih antivirusnih adamantanskih derivata uklju
opisanih amina, no koji posjeduju dodatne strukturne fragmente poput dodatnog prstena,
heteroatoma, spiro-spojeve, itd.
svoju primjenu i kod liječenja Parkinsonove18b,24
, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na
avanju pretjeranog dotoka Ca2+ iona u neurone uslijed blokade ionskih kanala.
b)
a) Inhibicija virusa gripe adamantanskim aminima21; b) Blokada transmembranskog ina virusa gripe rimantadinom.22
novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske
amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnoš
Primjeri takvih antivirusnih adamantanskih derivata uključuju spojeve koji su analozi p
opisanih amina, no koji posjeduju dodatne strukturne fragmente poput dodatnog prstena,
, itd.3,26
5
Doktorska disertacija
24 i Alzheimerove
, a njegovo djelovanje kod neurodegenerativnih oboljenja temelji se na
slijed blokade ionskih kanala.4
b) Blokada transmembranskog
novije su se vrijeme pojavili sojevi virusa gripe rezistentni na adamantanske
amine pa se istražuju novi adamantanski derivati s potencijalnom antivirusnom aktivnošću.
uju spojeve koji su analozi prije
opisanih amina, no koji posjeduju dodatne strukturne fragmente poput dodatnog prstena,
-
6 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
N
R
8a R = H8b R = CH38c R = CH2CH38d R = CH2-ciklopropil8e R = CONHC6H4Cl-p
9a R = NH29b R = NHCH39c R = N(CH3)29d R = CH2NH29e R = CH2NHCH39f R = CH2N(CH3)2
R
12a X = CH212b X = O
NH
X
NH
NH
NH2NH2
NH
13 14 15 16 17
NH
HN
HN
18 19 20
NH
21
23 HN
NH NH
24 25 HN26 HN
NH
27
10a R = H10b R = CH310c R = CH2CH310d R = CH2-ciklopropil10e R = CH2CH2N(CH3)210f R = CH2CH2N(C2H5)2
NR
11a R = NH211b R = CH2NH2
R
CH2OH
22
NH2
NH2
Slika 4. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na virus gripe tipa A.
Za ove spojeve važno je napomenuti da najčešće nisu toksični za stanice, pa tako primjerice
spoj 8b pokazuje izrazitu antivirusnu aktivnost već pri koncentraciji od 0,56 µg/mL, a ima
vrlo nisku citotoksičnost od 400 µg/mL.26a
Adamantanski derivati amina pokazuju određenu aktivnost i kod drugih virusa kao što
je primjerice HIV, uzročnik AIDS-a.26e,27 Iako djelovanje na HIV-1 nije toliko izraženo kao
djelovanje na virus gripe, ova skupina spojeva bi daljnjom modifikacijom strukture mogla biti
farmakološki perspektivna.
N
(H3C)2NH2CH2C
28 S
N O
N
29
N
O
O
NH2
30
O
N
O
31
N
N
O
32
NH2
Slika 5. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na virus HIV.
-
§ 2. Literaturni pregled 7
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Klinički korišten spoj 4 (tromantadin) također pokazuje antivirusnu aktivnost te je aktivan
protiv herpesa16,28 dok se derivat 5 koristi kod tretiranja akni.16,29
Poznato je da se na površini stanica nalaze različiti receptori koji su po svojoj prirodi
proteini, a koji su zaslužni za prijenos informacija iz okoline putem dobivenih kemijskih
signala.30 Jasno je da njihova inhibicija ima velik utjecaj na funkcije u stanicama, a time i na
metaboličke procese u čemu je značaj farmakološke primjene. Upravo zbog činjenice da
adamantanski fragment vrlo lako blokira ionske kanale u proteinima njegovi derivati nalaze
vrlo široku primjenu u području inhibicije bioloških receptora.31 Ovisno o receptorima na koje
djeluju, adamantanski derivati mogli bi u budućnosti služiti za sprečavanje cijelog niza
oboljenja uzrokovanih metaboličkim poremećajima kao što su npr. hipertenzija,
hiperglikemija odnosno dijabetes, upalni procesi, neurodegenerativne bolesti, itd.16
Slika 6. Strukture nekih adamantanskih spojeva koji se vežu na receptore u biološkim sustavima.
Adamantanski spojevi imaju svoju potencijalnu farmakološku primjenu i kod tretiranja
upalnih procesa.32 Tako su adamantanske N,N'-disupstituirane uree 46a i 46b jaki inhibitori
topivih epoksidnih hidrolaza, enzima odgovornih za hidrolizu endogenih epoksida u diole pri
čemu neki hidrolitički produkti uzrokuju upalne procese te hipertenziju.16,33 Spojevi 46a i 46b
-
8 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
izrazito su bioaktivni jer urea uspješno oponaša strukturne karakteristike otvaranja
epoksidnog prstena u aktivnom mjestu enzima. Primjena navedenih derivata u farmakološke
svrhe nažalost nije ostvariva zbog nezadovoljavajućih fizikalno-kemijskih svojstava poput
slabe topljivosti u vodi i prebrzog metabolizma u in vivo uvjetima, no u posljednje vrijeme se
intenzivno istražuju odgovarajući strukturni analozi koji bi imali bolja svojstva i time veću
mogućnost primjene.34
HN NH
R
O
46a R = (CH2)11COOH46b R = (CH2)5O(CH2)2O(CH2)2OCH2CH3
OO
OHN
OH
47
HN NH
O
OH
OH
48
N
N
N
50
HN
O
51
HO
NN N
CF3NH
NH
OR
O
O
NH
NH
O
49
NH
NH
O
53
HN
NH
52a R = H52b R = Me52c R = C5H11
54 S
NN
S
Me
COOH
N
NN
55
SN
N
N
Cl
Cl
Slika 7. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antiupalnim djelovanjem.
Daljnja primjena adamantana u biološkim sustavima je kod liječenja dijabetesa. Spojevi 6
(vildagliptin) i 7 (saxagliptin) pokazali su se aktivnim kod dijabetesa tipa II.16,35 Studija koja
je provedena kako bi se utvrdila metabolička razgradnja vildagliptina ukazala je na brzu
apsorpciju spoja i eliminaciju produkata razgradnje iz organizma što je i očekivano za
adamantanske farmakofore (metabolička stabilnost adamantana onemogućava razgradnju
skeleta) te se ne očekuje interakcija vildagliptina s drugim lijekovima eventualno prisutnima u
organizmu.36
-
§ 2. Literaturni pregled 9
Marina Šekutor Doktorska disertacija
NH
N
OH
O
NC
6
NH
COOH
OH
57NH
N
OH
O
HOOC
56NH
HN
OH
O
HOOC
58
NH
N
O
O
NC
59NH
N
OH
O
NC
60
HOOC
HOHO OH
OH
OH
Slika 8. Metabolizam vildagliptina kod čovjeka.36
Visoka lipofilnost adamantana omogućuje njegov prolazak kroz barijeru krv-mozak te je zbog
toga poželjan u strukturama potencijalno neuroaktivnih spojeva.37 Daljnja prednost je
mogućnost blokiranja ionskih kanala pa tako adamantanski fragment može imati dvostruku
funkciju, kao nosač i kao aktivna supstanca. Tako je primjerice spoj 61 bioaktivan kod
Parkinsonove bolesti te je kod in vivo ispitivanja uspješno suzbio neke simptome tog
oboljenja.38
61
O
H2N
OH
OH
62
HN
O Cl
OCH3
63
HN
NH
O
N
64a X = O64b X = CH264c X = NH
X NH
O
NN
S
SH2N
O
O
HN
O
N
65
O
NH2OH
66
HNO
N
N
N
N
67
N
Slika 9. Strukture nekih adamantanskih neuroaktivnih spojeva.16
-
10 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Zanimljiva je i farmakološka primjena adamantanskog derivata 68 koji se nalazi u kliničkom
ispitivanju, a koji djeluje protiv uzročnika malarije.16,39 U ovom spoju je adamantanska spiro-
skupina nužna zbog steričke zaštite peroksidnog fragmenta koji je ključan za bioaktivno
djelovanje.
Slika 10. Adamantanski trioksolanski spoj aktivan protiv uzročnika malarije.
Sljedeći primjer bioaktivnosti adamantanskih derivata je djelovanje na parazita Trypanosoma
brucei, uzročnika bolesti spavanja.26j,l,n Mehanizam adamantanskog djelovanja u ovom
području nije još do kraja istražen, no postoje indikacije da se razlikuje od mehanizma
djelovanja na virus gripe iako je vjerojatno i ovdje riječ o procesu blokiranja ionskih kanala.40
Slika 11. Strukture nekih adamantanskih spojeva s djelovanjem na Trypanosoma brucei.
Adamantanski spojevi pokazuju i određene antimikrobijalne karakteristike.32a,41 Tako
primjerice ftalimidni spojevi 73a i 73b pokazuju izrazitu aktivnost prema Gram-pozitivnim
bakterijama sojeva Micrococcus flavus te sojevima Staphylococcus,42 a drugi ftalimidni
derivat 74 aktivan je prema bakterijama Staphylococcus aureus te Trichophyton
mentagrophytes.43 Za adamantanski pirimidinski diamin 76 nađeno je da je aktivan prema
Gram-pozitivnim Enterococcus faecalis, Bacillus subtilis i Bacillus stearothermophilus,44 a za
serije adamantanskih amina 77 i 78 s produženim lancem utvrđeno je djelovanje na velikom
broju bakterijskih sojeva.45 Adamantanski oksadiazoli 79 i tiadiazoli 80 također su pokazali
djelovanje na bakterije, naročito na Bacillus subtilis,32a a i slični derivati 81 i 82 bez aminske
premosnice između adamantana i tiadiazolskog prstena posjeduju antibakterijsku aktivnost.32c
-
§ 2. Literaturni pregled 11
Marina Šekutor Doktorska disertacija
73a R = Me73b R = Bn
O
O
N
O
O
COOH
R74
N
O
O
75 NN
S N
76
N
NNH2
NH2
77 R1 = H ili COCH3R2 = alkil C1-C5R3 = H ili alkil C1-C5X- = Cl, Br ili I
OR1
NR2
R2R3
X-OH
NR1 N R1R1
R2 R2R1
X- X-
78 R1 = alkil C1-C5R2 = H, Me ili EtX- = Cl, Br ili I
79 R = Ph, 4-FC6H4, 4-ClC6H4,4-BrC6H4, 4-NO2C6H4,3,5-NO2C6H3, 3,4-(OMe)2C6H3,2-tienil ili 1-adamantil
N N
O R
NH
80 R = Ph, 4-FC6H4,4-ClC6H4, 4-BrC6H4,4-NO2C6H4, 2-tienilili 1-adamantil
NN
S
R
81 N NH
S S
82a R = H82b R = Me
N N
S S COOH
R
Slika 12. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antibakterijskim djelovanjem.
Tuberkuloza, oboljenje uzrokovano bakterijom Mycobacterium tuberculosis, bila je veliki
problem 19. i početka 20. stoljeća, a još je uvijek neiskorijenjena u Južnoj Africi. Aktivnosti
adamantanskih spojeva ispitivane su i na učinkovitost prema bakterijama koje su uzročnici
tuberkuloze. Nađeno je da adamantanski geranilni spoj 83 posjeduje značajnu in vivo
aktivnost koja je jednim dijelom posljedica nesmetanog ulaska adamantanskog derivata u
fagosom makrofaga koji sadrži replicirajuće bakterije.46 Navedeni spoj trenutno se nalazi u
fazi pretkliničkih ispitivanja, a istraživanja se provode i u smjeru traženja sličnih strukturnih
analoga.5
83
HN
NH
Slika 13. Struktura N-geranil-N'-(1-adamantil)etan-1,2-diamina koji djeluje na uzročnika tuberkuloze.
Antifungalna aktivnost uočena je kod derivata adamantanskih oksima.47 Serija spojeva 85
djelotvorna je za široki spektar patogenih gljivica.48
-
12 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 14. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antifungalnim djelovanjem.
Adamantanski derivati primjenjuju se i kod tretiranja tumorskih oboljenja.16,41b,49 Važan
predstavnik u ovom području je adamantanski ester adafostin 86.50 Pokazalo se da je
prisutnost adamantana znatno doprinijela poboljšanju biološke aktivnosti jer je spoj 86 zbog
svoje lipofilnosti tri puta aktivniji od metilnog esterskog analoga te je dulje prisutan u krvnoj
plazmi zbog velike metaboličke stabilnosti.51
Slika 15. Strukture nekih adamantanskih spojeva s antitumorskim djelovanjem.
-
§ 2. Literaturni pregled 13
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Spoj 86 nije naravno jedini predstavnik adamantanskih spojeva s antiproliferativnom
aktivnošću te su istraživanja u ovom polju u posljednje vrijeme vrlo intenzivna i u našem
laboratoriju.52
2.2. Biološka aktivnost gvanidina 2.2.1. Svojstva gvanidina važna za biološku aktivnost
Gvanidin je jedna od najjačih organskih baza,53 a sastoji se od ugljikovog atoma povezanog s
tri dušikova atoma pri čemu su prisutna dva aminska i jedan iminski dušik. Nakon
protoniranja dolazi do delokalizacije pozitivnog naboja te je nastali protonirani gvanidin
planaran i rezonantno stabiliziran zbog nastanka aromatičnog Y-delokaliziranog sustava sa 6
π elektrona.8 Zbog izrazite energetske stabilizacije aromatizacijom gvanidin najčešće postoji u
svojoj monoprotoniranoj formi, a izračunati protonski afinitet gvanidina u plinskoj fazi iznosi
235-236 kcal mol-1 (1 kcal mol-1 = 4,184 kJ mol-1).53 U otopini je gvanidin uvijek u određenoj
mjeri solvatiran zbog svoje sposobnosti stvaranja vodikovih veza,9 a njegova bazičnost je
usporediva s bazičnošću hidroksidnog iona pa tako pKa gvanidina u vodi iznosi 13,6.
Relativno mala veličina kationa koji stvara elektrostatske interakcije s dipolima molekule
vode glavni je razlog visoke entalpije hidratacije gvanidinijevog kationa. Zanimljivo je da
neutralni gvanidin ima sposobnost reagiranja s molekulama vode i ugljikovog dioksida iz
zraka pri čemu dolazi do protoniranja gvanidina odnosno nastanka odgovarajuće soli. Upravo
je zbog te sklonosti prema protoniranju kristalna struktura neutralnog gvanidina bila
nepoznata sve do nedavno, a kada je uspješno dobivena, potvrđena je prisutnost imino i amino
veze u molekuli čije su duljine iznosile 1.295 odnosno 1.350 Å.54
N N
N
H
H
H
H
H
N N
N
H
H
H
H
HH
99 100
Slika 16. Strukture gvanidina i gvanidinijevog kationa.
-
14 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Svojstvo bazičnosti u direktnoj je vezi s termodinamičkom stabilnošću gvanidinijevog kationa
koji je rezonantno stabiliziran te u otopini nastaje izrazito simetričan ion s jednakom duljinom
C-N veza koja iznosi 1.321 Å.8 Bazičnost je u plinskoj fazi manja nego u otopini jer na
stabilnost kationa znatno utječu efekti solvatacije i sposobnost stvaranja vodikovih veza.
Utvrđeno je da se protoniranje uvijek događa na imino dušiku gvanidina koji je bazičniji za
oko 30 kcal mol-1.
Slika 17. Rezonantna stabilizacija gvanidinijevog kationa.
Gvanidin ima svoju primjenu u mnogim poljima istraživanja, pa se tako gvanidinski spojevi
često koriste kao organske baze i katalizatori u mnogim organskim reakcijama,53,55 česti su
ligandi u koordinacijskoj kemiji,56 a neki derivati imaju svoju primjenu u kemiji materijala,
točnije u kemiji visokoenergetskih spojeva.57
Gvanidinska podjedinica u znatnoj je mjeri zastupljena u biološkim sustavima,
ponajprije kao strukturni element aminokiseline arginina (u proteinima) te purinske baze
gvanina (u molekulama DNK). Važno je napomenuti da je gvanidinska podjedinica u
fiziološkim uvjetima prisutna u svom protoniranom obliku.
Slika 18. Strukture arginina i purina.
Osim u tim temeljnim građevnim jedinicama živih organizama, gvanidinski fragmenti prisutni
su i u mnogobrojnim prirodnim organskim spojevima koji su izolirani iz različitih
mikroorganizama i morskih beskralježnjaka pa sve do biljaka i kopnenih beskralježnjaka.53,58
U kontekstu ove disertacije najvažnija primjena gvanidinskih spojeva je u pripravi
potencijalno bioaktivnih molekula te anionskih receptora koji sadrže gvanidinsku podjedinicu,
pa će ta dva područja biti detaljnije razmotrena u narednim poglavljima.
-
§ 2. Literaturni pregled 15
Marina Šekutor Doktorska disertacija
2.2.2. Gvanidinska podjedinica u bioaktivnim spojevima
Gvanidinske podjedinice prisutne su u mnogim biološki aktivnim molekulama, a neki od
takvih spojeva već imaju svoju primjenu u kliničkom liječenju.59 Tako je primjerice spoj 103
antagonist glikoproteina C5a, receptora koji sudjeluje u upalnim procesima, spoj 104 je
aktivan kao inhibitor enzima tirozin kinaze, a 105 je inhibitor tromboksan A2 sintaze i
sprečava nastajanje taloga na stijenkama krvnih žila.
Slika 19. Strukture nekih gvanidinskih derivata koji su u kliničkoj upotrebi.
Još jedan bioaktivan spoj je cijanogvanidinski derivat cimetidin 106 koji djeluje kao
antagonist histaminskog receptora te inhibira proizvodnju želučane kiseline, a koristi se kod
liječenja čira na želucu.55
Slika 20. Struktura cimetidina.
Klasa potencijalno biološki aktivnih spojeva su i mimetici aminokiseline arginina60 te
poliaminski derivati gvanidina6. Kod odgovarajućih peptidomimetika prisutne su određene
modifikacije u odnosu na strukturu arginina te se uvođenjem nekih dodatnih funkcijskih
skupina ili dvostrukih veza postiže drugačije djelovanje na enzime u usporedbi s običnim
argininom.
-
16 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 21. Strukture nekih mimetika arginina.
Gvanidini imaju svoju funkciju i kod transporta kroz molekulske membrane zbog svoje
interakcije s fosfatnim ili nekim drugim anionskim podjedinicama prisutnim na površini
stanica.61 Jako vezivanje vodikovim vezama te elektrostatske interakcije koje gvanidini
omogućuju prva su faza u procesima transporta. Iako su stanične membrane u pravilu
nepropusne za polarne molekule zbog svoje hidrofobne unutrašnjosti, ipak postoje određeni
transmembranski proteini koji omogućuju ovakav transport, a koji u pravilu imaju mnogo
jedinica arginina u svojim strukturama. Čest proces je i međusobno povezivanje
komplementarnih liposoma koji posjeduju gvanidinske odnosno fosfatne fragmente što
rezultira stvaranjem divovskih liposoma te multikomponentnih liposomskih sistema. Zbog
navedenih svojstava derivati gvanidina imaju potencijalnu primjenu kao nosači bioaktivnih
molekula kroz staničnu membranu.
Slika 22. Nastajanje kompleksa između gvanidinske i fosfatne podjedinice na površini stanica.61
Primjena gvanidina kao antitumorskih farmakofora također je poznata.62 Spojevi prikazani na
Slici 23 koriste se u kliničkom liječenju raka. Utvrđeno je da je kod spoja 111 upravo
gvanidinska skupina, a ne jodobenzilna, odgovorna za citotoksični efekt te smrt stanica
tumora.
-
§ 2. Literaturni pregled 17
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 23. Strukture gvanidinskih lijekova s antitumorskim djelovanjem.
Određeni gvanidini imaju i antivirusno djelovanje pa se koriste protiv virusa gripe.63 Njihov
mehanizam djelovanja zasnovan je na inhibiciji virusne neuraminidaze, enzima koji je
odgovoran za daljnje širenje virusa u respiratornom sustavu.
Slika 24. Strukture derivata gvanidina s djelovanjem protiv virusa gripe.
Derivati gvanidina inhibiraju i protein odgovoran za Na+/H+ izmjenu što ima svoju kliničku
primjenu kod liječenja hipertenzije te sprečavanja srčanog udara.64
Slika 25. Strukture inhibitora proteina odgovornog za Na+/H+ izmjenu.
-
18 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Daljnji primjer primjene gvanidina u biološkim sustavima je spoj 119 koji pokazuje
antimikrobijalnu i antiparazitsku aktivnost, a njegovo djelovanje se temelji na vezivanju u
manji utor molekule DNK.65 Još jedan derivat s antiparazitskom aktivnošću je spoj 120.66
Slika 26. Struktura gvanidina s antiparazitskom aktivnošću.
Naročito zanimljivi primjeri bioaktivnih derivata gvanidina su oni koji u svojoj strukturi
imaju aminogvanidinsku podjedinicu. Sam aminogvanidin 121 je inhibitor sintaze dušikovog
monoksida (NOS), enzima koji katalizira oksidaciju L-arginina u L-citrulin i NO.67 Ta
inhibicija može imati svoju potencijalnu primjenu kod liječenja hipertenzije te dijabetesa tipa
I. Aminogvanidin također reagira s mnogim derivatim glukoze prisutnim u stanicama
stvarajući triazine te tako sprečava nastanak nekih drugih gliko-produkata čime pomaže u
suzbijanju dijabetesa, a trenutno se nalazi u fazi kliničkih ispitivanja.68
Slika 27. Struktura aminogvanidina te njegovog adukta s piruvatom te glukozom. Zanimljiv primjer bioaktivnog derivata aminogvanidina je tetragvanilhidrazonski spoj 124
koji posjeduje protuupalna69, anticitokinska70, antivirusna71 te antimalarijska72 svojstva.
Mehanizam njegovog djelovanja također podrazumijeva inhibiciju sintaze dušikovog
monoksida (NOS).
-
§ 2. Literaturni pregled 19
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 28. Struktura bioaktivnog tetragvanilhidrazona.
Derivati aminogvanidina našli su svoju primjenu i kao potencijalni antitumorski agensi. Tako
su primjerice spojevi 125a-d aktivni protiv nekoliko tipova karcinoma, pri čemu je
gvanilhidrazon 125b pokazao izrazitu aktivnost u promatranoj seriji spojeva.73 Daljnji
primjeri inhibitora proliferacije su i spojevi 126 te 127,74 a potencijalni farmakofori za
tretiranje tumora su i spojevi 128 te 129 koji su pokazali inhibitorno djelovanje na proteinsku
kinazu Chk2, enzim koji sudjeluje u procesu proliferacije stanica raka.75 Iz navedenih
primjera može se zaključiti da se antitumorsko djelovanje gvanilhidrazonskih spojeva u
prvom redu temelji na enzimskoj inhibiciji koja omogućava blokadu daljnjeg rasta tumora te
smrt tumorskih stanica.
N
NS
N
HN
NH2
NH
R1
R2
125a R1 = H, R2 = NO2, R3 = H125b R1 = NO2, R2 = Cl, R3 = H125c R1 = H, R2 = NO2, R3 = F125d R1 = H, R2 = NO2, R3 = Br
HN
NO2
O
HN
N NH
NH2
HN
128
HN
HN
O NNH
NH2N
NH
H2N
NHNH
129
S
OMe
MeO
NNH
NH2
NH
126a R = H126b R = OMe
R
R3
127
NNH
NH2HN
Br
Slika 29. Aminogvanidini s antitumorskom aktivnošću.
-
20 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Gvanilhidrazoni s antimikrobijalnom aktivnošću prikazani su na Slici 30. Ti se derivati
smatraju potencijalnim antibioticima protiv Gram pozitivnih i Gram negativnih bakterija jer
su pokazali izrazitu aktivnost protiv bakterija soja E. coli i S. aureus usporedivu s nekim
klinički korištenim lijekovima, a mehanizam njihovog djelovanja također se temelji na
inhibiciji enzima u bakterijskoj stanici.76
Slika 30. Derivati aminogvanidina s antimikrobijalnom aktivnošću.
Spojevi s aminogvanidinskom podjedinicom djeluju i na Mycobacterium tuberculosis,
uzročnika tuberkuloze. Tako su primjerice na Slici 31 prikazani supstituirani
gvanilhidrazonski derivati cimetne kiseline koji su se pokazali kao izrazito aktivni, a u
navedenoj seriji najbolju je aktivnost protiv uzročnika tuberkuloze imao derivat 132c.77
Slika 31. Gvanilhidrazoni s djelovanjem protiv uzročnika tuberkuloze.
2.3. Gvanidini kao anionski receptori
Gvanidinski spojevi našli su svoju primjenu i u području anionskih receptora ponajprije zato
što imaju sposobnost selektivnog vezivanja oksoaniona zahvaljujući planarnosti svoje
strukture u dijelu vezne podjedinice receptora. Ovakav tip vezivanja aniona prisutan je i u
biološkim sustavima pošto pozitivno nabijena gvanidinska skupina iz arginina stvara ionske
-
§ 2. Literaturni pregled 21
Marina Šekutor Doktorska disertacija
parove s fosfatima ili karboksilatima koji su ključni za procese prepoznavanja u stanicama, a
kao što smo vidjeli u prethodnom poglavlju, ovo svojstvo gvanidina koristi se i prilikom
dizajniranja različitih farmakofora.78
Slika 32. Vezivanje gvanidinske skupine s oksoanionima.
Planarnost pozitivno nabijenog gvanidina idealna je za planarno vezivanje aniona pa su tako
gvanidinski receptori u pravilu najefikasniji za karboksilate i nitrate, a također mogu vezivati
sulfate i fosfate.
sferični
F-, Cl-, Br-, I-
tetraedarski
PO43-, SO4
2-, MnO4-
linearni
N3-, CN-, SCN-, OH-
oktaedarski
[Fe(CN)6]4-,
[Co(CN)6]3-
trigonsko planarni
CO32-, NO3
-
kompleksni oblici
DNK uzvojnica
Slika 33. Geometrije nekih aniona.79
Oksoanioni su općenito složeniji supstrati za selektivno kompleksiranje zbog raspodjele
negativog naboja preko nekoliko atoma što uzrokuje malu efektivnu gustoću naboja (manji
iznos omjera naboja i radijusa u usporedbi s kationima slične veličine), zbog točno određenog
oblika i geometrije te zbog osjetljivosti na pH vrijednosti.80
-
22 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Tablica 1. Ionski radijusi, entalpije i Gibbsove energije hidratacije nekih aniona.80 Ion r / pm ∆Hhid / kJ mol
-1 ∆Ghid / kJ mol-1
F- 133 -510 -465 Cl- 181 -367 -340 Br- 196 -336 -315 I- 220 -291 -275 HCOO- 156 -432 -335 NO3
- 179 -312 -300 H2PO4
- 200 -522 -465 ClO4
- 250 -246 -430 CO3
2- 178 -1397 -1315 SO3
2- 200 -1376 -1295 SO4
2- 230 -1035 -1080 PO4
3- 238 -2879 -2765
Elektrostatska stabilizacija oksoaniona naročito je pospješena u polarnijim otapalima zbog
mogućnosti stvaranja vodikovih veza pri čemu dolazi do pojave visokih vrijednosti energija
solvatacije.
Tablica 2. Dipolni momenti i dielektrične konstante nekih otapala.81
Otapalo Dipolni
moment / D Dielektrična
konstanta voda 1,85 80 metanol 1,70 33 etanol 1,69 24,3 propan-1-ol 1,68 20,1 butan-1-ol 1,66 17,8 mravlja kiselina 1,41 58 octena kiselina 1,74 6,15 formamid 3,73 109 aceton 2,88 20,7 metil-etil-keton 2,78 18,5 etilni acetat 1,78 6,02 acetonitril 3,92 36,6 N,N-dimetilformamid 3,82 38,3 dimetilsulfoksid 3,96 47,2 heksan 0 2,02 benzen 0 2,28 dietil-eter 1,15 4,34 tetrahidrofuran 1,63 7,52 diklormetan 1,60 9,08 ugljikov tetraklorid 0 2,24
-
§ 2. Literaturni pregled 23
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Svi ovi razlozi otežavaju dizajniranje potencijalnih anionskih receptora jer oni moraju
zadovoljiti navedene strukturne i elektrostatske parametre kako bi bili djelotvorni.79,82 Zbog
toga je uvođenje kationske planarne gvanidinske podjedinice u receptore važan korak u
postizanju jakog i selektivnog vezivanja s oksoanionima jer gvanidin s njima, uz
elektrostatsko privlačenje, stvara i dvije paralelne vodikove veze (bidentatno vezivanje).
Prvi primjeri gvanidinskih receptora bili su makrociklički spojevi 133-135 koje su
pripravili Lehn i suradnici, a koji su relativno slabo vezivali fosfatni anion u smjesi
metanol/voda.83
Slika 34. Prvi gvanidinski receptori.
Primjer uspješnog gvanidinskog receptora je derivat 136 s dvije acilgvanidinske
podjedinice.84 Zanimljivost ove molekule leži u činjenici da je prisutna intramolekulska
vodikova veza između gvanidinskog NH i karbonilnog kisika. Ova interakcija utječe na veću
zakočenost strukture što daje sustavu veću mogućnost preorganizacije te time dolazi do jačeg
vezivanja promatranog aniona, u ovom slučaju difenilfosfata. Kasnijim ispitivanjima utvrđeno
je kako je ovaj spoj jako efikasan umjetni katalizator za hidrolizu molekula RNK.85
HN
NH2
NH
NH2
O
N
O
NH
H
H
H
136
Slika 35. Bis-acilgvanidinski receptor.
-
24 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Zanimljiv primjer primjene gvanidinskih receptora je modelni sustav koji oponaša djelovanje
enzima piruvat dekarboksilaze.86 Naime, temeljem interakcija karboksilat-gvanidin dolazi do
samoorganiziranja kompleksa 137 prikazanog na Slici 36 te gvanidinski kation pozicionira
piruvatni anion vodikovim vezama u položaj pogodan za oksidativnu dekarboksilaciju. U
ovakvom tročlanom kompleksu uloga gvanidina nije samo vezivanje piruvata već ga gvanidin
također i aktivira za nukleofilni napad karbena.
Slika 36. Tročlani kompleks s gvanidinskim receptorom kao modelni sustav enzima piruvat dekarboksilaze.
Daljnji primjer gvanidinskog receptora je spoj 138 koji u svojoj strukturi ima tri ciklička
gvanidina. Svrha istraživanja bila je pripraviti receptor koji jako i selektivno veže anione čak i
u vodenom mediju te su autori u tome i uspjeli. Naime, navedeni spoj najjače veže
trikarboksilatni anion citrat te su autori čak uspjeli odrediti udio citrata u komercijalno
dostupnim pićima.87 Razlog ovako jakog vezivanja citrata u vodi je stvaranje izrazito
stabilnog kompleksa s tri ionska para jer se svaki gvanidin veže s jednim karboksilatom iz
citrata.
-
§ 2. Literaturni pregled 25
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 37. Receptor s tri ciklička gvanidina i njegov supstrat citrat.
Važan doprinos u polju gvanidinskih receptora su i različito supstituirani
gvanidinokarbonilpiroli.88 Uz gvanidinski dio molekule prisutna je i dodatna pirolska NH
skupina koja može stvarati dodatnu vodikovu vezu te zbog toga navedeni receptori mogu još
jače i selektivnije vezati oksoanione, čak i u smjesi DMSO/voda.
Slika 38. Primjeri gvanidinokarbonilpirola.
Istraživanja u području razvoja gvanidinskih receptora još se uvijek provode upravo zbog
potencijalne selektivnosti gvanidina za anione. Nastoje se razviti anionski senzori, molekule
koje bi jako i izrazito selektivno vezale samo jednu anionsku vrstu u sustavu, i to po
mogućnosti u vodi gdje bi ovakvi senzori našli svoju najveću primjenu.
-
26 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 39. Strukture nekih gvanidinskih receptora.81,89
2.4. Spektrometrija masa gvanidina
Fragmentacija gvanidina u plinskoj fazi upotrebom masene spektrometrije (MS) dosta je
istraživana, u prvom redu jer je gvanidinska podjedinica sastavni dio arginina, a samim time
je prisutna u strukturama proteina koji se intenzivno istražuju ovom metodom.90
Krajem 60-ih godina prošlog stoljeća po prvi put su opisani maseni spektri samog
gvanidina te nekih njegovih derivata pri čemu je korištena metoda elektronske ionizacije
(EI).91 U navedenom istraživanju autori su kod gvanidina uočili procese eliminacije
amonijaka pri čemu zaostaje pozitivno nabijena karbodiimidna specija.
Protonirani gvanidin jako se veže s krunastim eterima te stvara inkluzijske komplekse
koji su ispitivani metodom ionizacije elektroraspršenjem (ESI).92 U masenom spektru uz
korištenje metanola, vode, acetonitrila ili njihovih različitih smjesa kao otapala uvijek je
nađen vrlo intenzivan signal pri m/z 596 koji odgovara kompleksu 149, a autori su također
utvrdili da je najbolje otapalo za nastajanje ovih kompleksa bila smjesa acetonitril/voda (1:1).
-
§ 2. Literaturni pregled 27
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 40. Kompleks gvanidina s receptorom dibenzo-30-kruna-10.
Daljnji primjer je određivanje protonskih afiniteta (PA) gvanidina 150-156 za koje je
korištena kinetička metoda tandemne masene spektrometrije.93 Mjerenja se izvode tako da se
protonirani dimeri istraživanih gvanidina i neke referentne baze poznatog PA podvrgnu
daljnjoj fragmentaciji te omjeri dobivenih iona služe za izračun razlike protonskih afiniteta.
Utvrđeno je da su heteroalkilgvanidini 151, 154 i 155 jače baze od 150 što je objašnjeno
mogućnošću stvaranja dodatnih intramolekulskih vodikovih veza kod tih spojeva u usporedbi
sa simetričnim spojem 150.
Slika 41. Strukture heteroalkilnih gvanidina.
Derivati gvanidina 151-153 te 155 korišteni su i kao ligandi u studiji koordinacije s nikal(II)-
nitratom, no zbog svoje jake bazičnosti nisu nastali pravi kompleksi nikal-gvanidin, već
kompleksi ionskih parova koji su se sastojali od gvanidinskih kationa i Ni(NO3)3- protuiona.94
Zanimljiv literaturni primjer primjene ESI masene spektrometrije je studija
fragmentacije protoniranih bisgvanidina 157 i 158 između kojih se nalazi fenilna poveznica, a
u svrhu istraživanja interakcije dvaju udaljenih, ali ipak međudjelujućih naboja.95
-
28 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 42. Strukture bisgvanidinskih dihidroklorida.
Pokazalo se da bisgvanidini 157 i 158 u danim uvjetima stvaraju monokatione i dikatione,
tako da 157 daje [157+H]+ (m/z 193) i [157+2H]2+ (m/z 97), a metilirani 158 daje [158+H]+
(m/z 305) i [158+2H]2+ (m/z 153). Glavni fragmentacijski putevi spoja 157 za monokation bili
su eliminacija amonijaka ili karbodiimida, a za dikation eliminacija amonijaka, dok je i kod
monokationa i kod dikationa spoja 158 bila prisutna samo eliminacija dimetilamina.
Kao što je spomenuto, istraživanja gvanidina masenom spektrometrijom važna su
zbog studija struktura proteina u kojima je prisutan arginin. Utvrđeno je da kod procesa
fragmentacije protoniranog arginina dolazi do pojave eliminacije amonijaka, vode ili
gvanidina.96 Također je dokazano da amonijak koji se eliminira potječe većinom iz
gvanidinske skupine, a fragmentacija amino skupine iz aminokiselinskog dijela molekule vrlo
je slaba i skoro zanemariva.
Slika 43. Fragmentacija protoniranog arginina upotrebom masene spektrometrije.96
Energija kolizije / eV
-
§ 2. Literaturni pregled 29
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Posljednji primjer upotrebe masene spektrometrije za analizu gvanidinskih spojeva koji će biti
naveden je studija mehanizama fragmentacije cikličkog nitrogvanidina 159 koji se koristi kao
insekticid.97
Slika 44. Struktura nitrogvanidinskog insekticida.
Nađeno je da nitrogvanidinska skupina utječe na sve važnije puteve fragmentacije ove
molekule, a dominantan proces utvrđen prilikom MS/MS analize je eliminacija NO2 radikala.
Ovo je uzrokovano protonskim afinitetom gvanidina koji značajno pospješuje navedenu
eliminaciju radikala.
2.5. Policiklički gvanidinski spojevi
S obzirom na široku primjenjenost adamantanskih te gvanidinskih spojeva u studijama
biološke aktivnosti, u literaturi postoji neočekivano malo primjera za derivate koji bi
kombinirali ova dva strukturna fragmenta u istoj molekuli. U nastavku će biti opisani
postojeći poznati spojevi (admantanski derivati s razmaknicom između adamantana i
gvanidina, adamantanski derivati na koje je direktno vezan gvanidin te gvanidinski spojevi s
nekim drugim kavezastim policiklima) uz osvrt na njihovu aktivnost i primjenu.
Moroder i suradnici pripravili su seriju adamantanskih (4-aminometil)fenilgvanidina te
ih istraživali kao potencijalne inhibitore humanih urokinaza, enzima čija je pojačana
ekspresija kod tumorskih stanica u korelaciji s procesima metastaziranja tumora.98
-
30 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 45. Adamantanski (4-aminometil)fenilgvanidini.
Studijom inhibicije cijelog niza derivata utvrđeno je da, iako potreban, hidrofobni fragment
ima neočekivano mali utjecaj na inhibitorna svojsta te da je mnogo značajnija priroda same
razmaknice.
Tablica 3. Inhibicija humanog urokinaznog plazminogen aktivatora (uPA) adamantanskim (4-aminometil)fenilgvanidinima.
Spoj Kia / µmol dm-3
160 13 161 40 162 2,4 163 120 164 > 103
165 102 a Ki - konstanta disocijacije kompleksa enzim-inhibitor
Tako se pokazalo da najbolji inhibitorni učinak posjeduje spoj 162 s ureidnom skupinom u
razmaknici, a to je najvjerojatnije posljedica dodatne stabilizacije stvaranjem još jedne
vodikove veze preko ureidnog NH. Ova pretpostavka ima svoju potvrdu i u kristalnoj
strukturi kompleksa enzim-inhibitor koju su autori također detaljno opisali.
-
§ 2. Literaturni pregled 31
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 46. Prikaz vezivanja inhibitora 162 u aktivno mjesto temeljen na kristalnoj strukturi kompleksa uPA-162.98
Sljedeći primjer je serija adamantanskih kinolina koju su pripravili Jain i suradnici u svrhu
ispitivanja djelovanja na uzročnika tuberkuloze, a koja uključuje i dva derivata s
gvanidinskom podjedinicom.99 Oba gvanidinska derivata pokazala su aktivnost te inhibiraju
rast bakterije Mycobacterium tuberculosis soja H37Rv.
Slika 47. Adamantanski kinolini s gvanidinskom podjedinicom.
Važno je napomenuti da je spoj 167 pokazao najbolje rezultate u cijeloj sintetiziranoj seriji
(ukupno 57 spojeva) te pokazuje inhibiciju rasta od 99% već pri koncentraciji od 3,125
µg/mL, a utvrđeno je i da nije citotoksičan što ga čini jako dobrim kandidatom za eventualnu
kliničku primjenu.
Još jedno istraživanje sa svrhom pronalažanje spojeva aktivnih protiv uzročnika
tuberkuloze proveli su Nefzi i suradnici.100 U seriji od 600 spojeva pripravljena su i dva
adamantanska derivata koja u strukturi imaju čak dvije cikličke gvanidinske podjedinice, a
-
32 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
koji se razlikuju samo po dužini poveznice između adamantana i prvog cikličkog gvanidina.
Tako je spoj 168 povezan s metilenskom, a spoj 169 s etilenskom skupinom.
Slika 48. Adamantanski spojevi s dvije gvanidinske podjedinice.
Njihova aktivnost je podjednaka te iznosi 91% inhibicije rasta pri koncentraciji od 3,9 µg/mL,
a autori su uočili i da je hidrofobnost supstituenata dosta važna za bioaktivnost ovakvih
spojeva.
Zanimljiv predstavnik adamantanskih spojeva s gvanidinima je i tetragvanidinski
bisadamantanski kaliks[4]aren 170 kojeg su pripravili Reinhoudt i suradnici.101 Svrha
priprave ovakvog spoja nije bila studija biološke aktivnosti već ispitivanje vezivanja β-
ciklodekstrina u vodi (primjenom kalorimetrijske titracije) te na samoorganizirajuće
monoslojeve na zlatu (primjenom spektroskopske metode rezonancije površinskih plazmona)
te je utvrđeno da je konstanta vezivanja u otopini tri puta manja od konstante vezivanja s
monoslojevima.
-
§ 2. Literaturni pregled 33
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 49. Adamantanski kaliks[4]aren s četiri gvanidinske podjedinice.
Dalje slijede primjeri spojeva u kojima je gvanidinski strukturni fragment izravno vezan na
adamantanski skelet. Krajem 1960-ih Geluk, Schut i Schlatmann pripravili su 1-
adamantilgvanidin kako bi ispitivali njegova antivirusna svojstva.102 Autori su, potaknuti tada
otkrivenom antivirusnom aktivnošću 1-aminoadamantana, odlučili pripraviti bazičniji
gvanidinski analog. Rezultati antivirusnih ispitivanja pokazali su da je 1-adamantilgvanidin
aktivan protiv virusa gripe, čak i u in vivo uvjetima, no 1-aminoadamantan je ipak bio
učinkovitiji. Sintetizirani su i neki derivati 1-adamantilgvanidina, no oni nisu pokazali
nikakvu in vivo efikasnost protiv gripe.
Slika 50. 1-Adamantilgvanidin i neki njegovi derivati.
U posljednje vrijeme intenzivno se istražuju alosteričke regulacije enzima pošto su katalitičke
sposobnosti mnogih enzima kontrolirane upravo alosteričkim učincima. Upravo se 1-
-
34 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
adamantilgvanidin koristio kao dio modelnog sustava 172 koji oponaša alosteričke
mehanizme te je uz pomoć Cu(II) kao katalitičkog centra u modificiranom ciklodekstrinu
uspješno simuliran supramolekulski katalizator.103
Slika 51. Struktura inkluzijskog kompleksa ciklodekstrinskog derivata s 1-adamantil gvanidinom i Cu2+ ionom.
Navedeni kompleks pokazao je visoku katalitičku efikasnost kod hidrolize karbonatnih
supstrata, a utvrđeno je i da gvanidinska skupina djeluje kao alosteričko mjesto dok je bakar
(II) ion katalitički centar, a adamantanska skupina ima funkciju inkluzije u ciklodekstrinsku
šupljinu.
Eisa i suradnici pripravili su seriju adamantanskih spojeva supstituiranih na položaju 2
adamantana, a navedeni spojevi su zapravo derivati bigvanidina.104 Provedena antimikrobna
ispitivanja pokazala su da je u ovoj seriji ispitivanih spojeva spoj 174b najaktivniji protiv
bakterije Escherichia coli.
Slika 52. Gvanidinski derivati adamantana supstituiranog na položaju 2.
Keana i suradnici su prilikom sistematične studije potencijalnih liganada za σ receptor
pripravili cijeli niz različitih aromatskih i alifatskih gvanidinskih derivata, a između ostaloga i
tri serije supstituiranih adamantanskih gvanidina (176-178).105 Ispitivanje bioaktivnosti
-
§ 2. Literaturni pregled 35
Marina Šekutor Doktorska disertacija
dobivenih spojeva ukazalo je na značajno povećanje afiniteta prema σ receptoru prilikom
uvođenja lipofilnog adamantanskog fragmenta u molekule u usporedbi s aromatskim
analozima.
NH
NH
NH
HN
HN R
RNH
NH
NH
NH
R
176a R = 2-I-C6H4176b R = 2-CH3-C6H4176c R = C6H11176d R = 1-adamantil176e R = 2-NO2-C6H4176f R = o-PhCH2CH2Ph176g R = 1-ciklopropil-2-fenil176h R = o-PhCH=CHC6F5 (E)176i R = o-Ph-C6H5176j R = o-PhCH=CHC6H5 (E)
177a R = 2-I-C6H4177b R = 2-CH3-C6H4177c R = 2-adamantil177d R = o-PhCH=CHC6H5(E)
178a R = 2-I-C6H4178b R = 2-CH3-C6H4178c R = o-PhCH=CHC6H5 (E)
Slika 53. Adamantanski gvanidini aktivni kao σ receptori.
Opisana je i kristalna struktura jednog od najaktivnijih liganada za σ receptor, N-adamant-1-
il-N'-(2-jodofenil)gvanidin-hidroklorida 176a.106 Nađeno je da su sve tri gvanidinske C-N
veze slične duljine što je i očekivano, a diedarski kut između ravnina koje tvore gvanidin i
fenil iznosi 85°. Iz kristalne strukture također se vidi da su adamantanska i fenilna skupina u
syn odnosu s obzirom na nesupstituirani dušikov atom.
Slika 54. Prikaz kristalne strukture N-adamant-1-il-N'-(2-jodofenil)gvanidin-hidroklorida.107
Leurs i suradnici su derivat gvanidina 179 s adamantanom vezanim preko položaja 2 te s
para-jodbenzenom odabrali kao perspektivan između 3360 farmakološki aktivnih supstanci te
je ovaj spoj poslužio kao ishodište za dizajn nove serije inhibitora kemokinskog receptora
-
36 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
CXCR3.108 Supresija navedenog receptora mogla bi dovesti do suzbijanja tumora i nekih
autoimunih bolesti.
Slika 55. Struktura 1-(4-jodofenil)-3-(2-adamantil)gvanidina.
Iako su autori praćenjem inhibitornih svojstava serije sintetiziranih derivata došli do spoznaje
da je bolje zamijeniti gvanidinsku skupinu kvarternim amonijevim solima, a adamantansku
terpenskom mirtenilnom skupinom, ipak ostaje činjenica da je početni adamantansko-
gvanidinski derivat bioaktivan te da je poslužio u razvoju drugih potencijalnih farmakofora.
Dosta istraživani adamantanski derivat gvanidina je morfolinski spoj 180 koji se
pokazao aktivnim u blokadi K+ kanala u različitim tkivima i djeluje kao antagonist.109
Humphrey i suradnici su utvrdili da je ovaj spoj djelotvoran diuretik te da se specifično veže u
stanicama bubrega i glatkom mišićnom tkivu krvnih žila, a njegovo djelovanje započinje već
pri submikromolarnim koncentracijama.
Slika 56. Struktura morfolinskog derivata adamantanskog gvanidina.
Madalengoitia i suradnici su prilikom razvoja novog pristupa kod sinteze peptida na krutom
nosaču u svrhu bržeg dobivanja većeg broja spojeva pripravili i dva adamantanska derivata
181 te 182 s gvanidinom vezanim na položaj 2 adamantana.110 Iskorištenja reakcija su bila
jako dobra te su iznosila 76% za spoj 181 te 68% za spoj 182.
Slika 57. Adamantanski gvanidini dobiveni sintezom na krutom nosaču.
-
§ 2. Literaturni pregled 37
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Autori su pokušali pripraviti i adamantanski derivat s gvanidinom na položaju 1 adamantana,
no izolacija željenog produkta s krutog nosača nije bila uspješna. Naime, iako je odgovarajuća
adamantanska tiourea 183 reagirala s danim aminom 184 vezanim na kruti nosač dajući
zaštićeni gvanidin 185, kiseli uvjeti nužni za deprotekciju gvanidina uzrokovali su pucanje
veze adamantan-gvanidin uz nastanak stabiliziranog tercijarnog karbokationa na adamantanu,
pa tako izolirani gvanidinski spoj 186 nije imao adamantansku podjedinicu.
Slika 58. Neuspješna priprava 1-adamantilgvanidinskog spoja na krutom nosaču.
Kako bi se pokazala primjenjivost razvijene metode sintetiziran je i peptid 188 čija je
zanimljivost u činjenici da sadrži 2-adamantilgvanidinski fragment dobiven prethodno
opisanim postupkom preko zaštićene 2-adamantilne tiouree.
Slika 59. Sinteza peptida s 2-adamantilgvanidinskim fragmentom na krutom nosaču.
Shinada i suradnici su prilikom razvoja nove metode sineze N-acil-N'-supstituiranih
gvanidina, koja uključuje kondenzaciju supstituirane tiouree s heksametildisilazanom kao
izvorom dušika, pripravili i 1-adamantilni derivat 189 u iskorištenju od 92%. Adamantan je
izabran kako bi se pokazala primjenjivost metode i na sterički zaklonjene tiouree.111
-
38 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 60. Adamantanski gvanidin s fenilmetanonskom skupinom.
U svrhu ispitivanja antivirusne aktivnosti Nishimura i suradnici sintetizirali su adamantanske
spojeve s aminogvanidinskom podjedinicom.112 Navedeni su spojevi, ovisno o mjestu i načinu
vezanja gvanidina na adamantan, bili aminogvanidinskog (gvanidinska skupina vezana
jednostrukom vezom na adamantan) odnosno gvanilhidrazonskog tipa (aminska skupina
vezana dvostrukom vezom na adamantan). Tako su derivati 190 te 191 aminogvanidinski s
obzirom na adamantan dok su derivati 192 te 193 gvanilhidrazonski, s time da spojevi 192
imaju dodatni ugljikov atom između adamantana i hidrazonskog dušika.
NH
NH
N
NH2I
R
X
190a R = H, X = H190b R = H, X = OH190c R = H, X = OMe190d R = H, X = Cl190e R = Me, X = H190f R = Me, X = OMe190g R = Me, X = Cl
NH
NH
N
NH2I
191a R = H191b R = Me
R
NNH
NH
R
192a R = H192b R = Me
NH
193a R = H193b R = Me193c R = p-Cl-C6H4
NNH
NH
R
NH
Slika 61. Adamantanski derivati s različito vezanom aminogvanidinskom podjedinicom.
Rezultati antivirusnih ispitivanja pokazali su da su ovi spojevi relativno slabo aktivni protiv
virusa gripe. U cijeloj seriji pripravljenih spojeva zadovoljavajuću aktivnost imali su samo
derivati 191.
Vezano uz adamantanske gvanilhidrazone, Hull i suradnici su prilikom pokušaja
dobivanja adamantanskog derivata triazolina izolirali tetraacetilirani adamantanski
gvanilhidrazon 194 u iskorištenju od 34% iz reakcijske smjese koja je sadržavala 2-(N-
gvanidino)iminoadamantan te anhidrid octene kiseline.113
-
§ 2. Literaturni pregled 39
Marina Šekutor Doktorska disertacija
Slika 62. Struktura tetraacetiliranog 2-(N-gvanidino)iminoadamantana.
Györgydeák i Holzer su za potrebe spektroskopskih istraživanja pripravili cijelu seriju
različitih gvanilhidrazona pri čemu je pripravljen i 2-(N-gvanidino)iminoadamantan 193a.114
Tretiranjem navedenog gvanilhidrazona s anhidridom octene kiseline autori su također
izolirali i odgovarajući triazol 195.
Slika 63. Strukture 2-(N-gvanidino)iminoadamantana i 2-[3-acetilamino-5-metil-1H-1,2,4-triazol-1-il]-2-adamantil-acetata.
Naročito zanimljiv literaturni primjer usko vezan za pripravu spojeva koji će biti istraživani u
okviru ove disertacije je studija aktivnosti derivata adamantanskog 1-alkil-2-gvanilhidrazona
protiv Trypanosoma brucei, uzročnika bolesti spavanja.115 Kod navedene serije spojeva
gvanidinska podjedinica vezana je na položaju 2 adamantana preko imino dušika dok su se na
položaju 1 mijenjale različite alkilne odnosno fenilne skupine. Pretpostavljeni mehanizam
djelovanja temelji se na vjerojatnom blokiranju sustava za ionski transport koji se nalazi u
membranama stanica parazita.
Slika 64. Strukture istraživanih adamantanskih 1-alkil-2-gvanilhidrazona.
Utvrđeno je da je najaktivniji spoj, n-decilni derivat 196c, 1460 puta aktivniji od amantadina
odnosno 77 puta aktivniji od rimantadina. Još jedan spoj s izraženom aktivnošću je benzilni
-
40 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
derivat 196g koji se pokazao kao 323 puta aktivniji od amantadina odnosno 17 puta od
rimantadina. Navedena serija spojeva je ovako izraženo aktivna protiv uzročnika bolesti
spavanja ponajprije zbog karakterističnih stereoelektronskih svojstava gvanilhidrazonske
podjedinice te sinergije s lipofilnim fragmentom vezanim na položaj 1 adamantana.
Tablica 4. Aktivnost adamantanskih 1-alkil-2-gvanilhidrazona protiv uzročnika bolesti spavanja.
Spoj 1-akilni
bočni lanac IC50 / µmol dm
-3 IC90 / µmol dm-3
196a C6 > 6,0 - 196b C8 > 6,0 - 196c C10 0,09 ± 0,02 0,11 ± 0,00 196e C14 0,8 ± 0,5 1,3 ± 0,5 196f Ph 2,12 ± 0,09 2,81 ± 0,03 196g CH2Ph 0,41 ± 0,06 0,47 ± 0,01
Kao nastavak navedenog istraživanja Kolocouris i suradnici sintetizirali su i slične 1-alkiloksi
odnosno 1-benziloksi derivate adamantanskog 2-gvanilhidrazona.116
NNH
NH2
NH2Cl(CH2)n
OR
197a R = CH2Ph, n = 1197b R = CH2Ph, n = 3197c R = C6H13, n = 3197d R = C8H17, n = 2
NNH
NH2
NH2ClO
O
NNH
NH2
NH2ClO
O
NNH
NH2
NH2Cl
X
200a X = F200b X = OMe
197e R = CH2Ph, n = 2197f R = C6H13, n = 2197g R = C7H15, n = 2197h R = C10H21, n = 2
198 199
Slika 65. 1-Alkiloksi i 1-benziloksi derivati adamantanskog 2-gvanilhidrazona.
Na temelju ispitivanja provedenih na navedenoj seriji spojeva autori su utvrdili da je i duljina
alkiloksi lanca na položaju 1 jako važna za bioaktivnost protiv Trypanosoma brucei. Tako
primjerice samo spojevi 197c i 197g s deset atoma u bočnom lancu (od kojih je jedan kisikov
atom) pokazuju značajnu aktivnost dok se derivati s dva kisikova atoma odnosno derivati s
kraćim ili dužim bočnim lancima nisu pokazali kao zadovoljavajući. Moguće objašnjenje za
slabiju aktivnost spojeva s dva kisikova atoma je smanjenje lipofilnosti bočnog lanca što
-
§ 2. Literaturni pregled 41
Marina Šekutor Doktorska disertacija
otežava prolazak molekula kroz barijeru krv-mozak. Uvođenje različitih benziloksi skupina u
bočni lanac umjesto dugačkih alkiloksi skupina također nije poboljšalo biološko djelovanje.
Zanimljiva je činjenica da je spoj 200a s fluorovim atomom u para položaju benzenskog
prstena imao dvostruko izraženiju aktivnost u usporedbi s benziloksi spojem 197a te s para-
metoksi analogom 200b.
Tablica 5. Aktivnost 1-alkiloksi i 1-benziloksi derivata adamantanskog 2-gvanilhidrazona protiv uzročnika bolesti spavanja.
Spoj IC50 / µmol dm-3 IC90 / µmol dm
-3 196c 0,09 ± 0,02 0,11 ± 0,00 197a 1,8 ± 0,2 2,42 ± 0,08 197b 1,8 ± 0,2 3,9 ± 0,3 197c 0,70 ± 0,07 0,98 ± 0,07 197d - - 197e - - 197f - - 197g 1,2 ± 0,1 1,6 ± 0,3 197h - - 198 3,64 ± 0,07 4,94 ± 0,05 199 3,6 ± 0,3 4,9 ± 0,4
200a 1,2 ± 0,2 2,5 ± 0,2 200b 2,1 ± 0,1 4,1 ± 0,1
amantadin > 132 > 132 rimantadin 7,0 ± 0,3 14,0 ± 1,7
Vázquez i suradnici istraživali su noradamantanski i bisnoradamantanski derivat gvanidina u
svrhu ispitivanja biološke aktivnosti pri čemu je policiklički fragment povezan s gvanidinom
putem metilenske skupine.117 Prilikom ispitivanja inhibicije kalcijevih iona kroz NMDA
receptore uočeno je da bisnoradamantanski spoj 202 pokazuje trostruko veću aktivnost od
noradamantanskog spoja 201. Za bisnoradamantanski derivat utvrđeno je da je oko deset puta
aktivniji od amantadina, iako nije toliko efikasan kao memantin od kojeg je pet puta manje
aktivan. Istraživanjem je također utvrđeno da ova dva policiklička gvanidina nemaju
antivirusne aktivnosti kao ni aktivnosti protiv uzročnika bolesti spavanja.
-
42 § 2. Literaturni pregled
Doktorska disertacija Marina Šekutor
Slika 66. Noradamantanski i bisnoradamantanski derivat gvanidina.
Posljednji primjer policikličkih derivata gvanidina su pentacikloundekanski
monogvanilhidrazoni 203 te 204 koje su pripravili Malan i suradnici kako bi istraživali
inhibiciju sintaze dušikovog monoksida (NOS), enzima koji ima važnu ulogu kod
potencijalnog liječenja neurodegenerativnih oboljenja.118 Sam aminogvanidin ima određenu
inhibitornu aktivnost na ovaj enzim te su autori pretpostavili da bi nadogradnja
aminogvanidina s lipofilnim policikličkim spojem kao što je to pentacikloundekan (PCU)
olakšala prijelaz molekula kroz barijeru krv-mozak te bi se time povećala aktivnost.
Slika 67. Pentacikloundekanski monogvanilhidrazoni.
Rezultati ispitivanja ukazuju da je monogvanilhidrazon 203 preko dva puta efikasniji od
aminogvanidina, dok je monogvanilhidrazon 204 čak 26 puta efikasniji, no oba spoja
povećavanjem koncentracije ipak ne uspijevaju do kraja blokirati aktivnost NOS-a.
Tablica 6. Utjecaj pentacikloundekanskih gvanilhidrazona na stvaranje NO.
Spoj log (IC50 / mol dm-3) IC50 / mol dm
-3 Maksimalna inhibicija /
% kontrolnog eksperimenta aminogvanidin -2,64 ± 0,05 2,3 × 10-3 100
203 -3,02 ± 0,06 9,0 × 10-4 46 204 -4,06 ± 0,09 8,8 × 10-5 82
-
§ 3. Eksperimentalni dio 43
Marina Šekutor Doktorska disertacija
§ 3. EKSPERIMENTALNI DIO
Novi spojevi pripravljeni u okviru ove doktorske disertacije identificirani su spektroskopskim
metodama (1H i 13C NMR, IR, MS). Čistoća pojedinih spojeva kontrolirana je kapilarnom
plinskom kromatografijom na instrumentu Varian 3300 na koloni DB-210. 1H i 13C NMR
spektri snimljeni su na instrumentu Bruker Avance 600 MHz i Bruker Avance 300 MHz u
deuteriranim otapalima, uz TMS ili otapalo kao unutarnji standard. IR spektri snimljeni su na
FT-IR ABB Bonem MB 102 spektrofotometru uz korištenje KBr pastila. Tališta su određena
na Original Kofler Mikroheitztisch aparatu i nisu korigirana. HRMS spektri snimljeni su na
Applied Biosystems Voyager DE STR MALDI-TOF instrumentu, a ESI-MS spektri snimljeni
su na Agilent Technologies 6410 Triple Quadrupole Mass Spectrometer istrumentu u
pozitivnom ionskom modu. Molarni apsorpcijski koeficijenti određeni su spektrofotometrom
PG Instruments Limited T80+ UV/Vis na kojem su provedene i UV/Vis titracije.
3.1. Priprava gvanilhidrazona 1-6
Opći postupak
U okruglu tikvicu dodani su aminogvanidin-hidroklorid 13 (1 ekvivalent) te 10 mL
apsolutnog etanola. Zatim je u otopinu dodan odgovarajući keton (1 ekvivalent) te je
reakcijska smjesa refluksirana u trajanju od 5 h. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu,
reakcijska smjesa je uparena, a dobiveni sirovi produkt pran je smjesom EtOAc/MeOH (4:1)
sve do izolacije bijele praškaste krutine.
Ukoliko se kao produkt želi izolirati neutralni gvanilhidrazon, dodaje se i baza (0,5
ekvivalenta Na2CO3) te se nakon reakcije otopina oddekantira i tako odvoji od nastalog NaCl.
3.1.1. Priprava 2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (1)
-
44 § 3. Eksperimentalni dio
Doktorska disertacija Marina Šekutor
U reakciji bez baze iz 300 mg ketona 14 (2 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno je 481 mg
(99%) gvanilhidrazon-hidroklorida 1 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3 (1
mmol) iz 300 mg ketona 14 (2 mmol) nakon 6 h refluksa dobiveno je 433 mg (kvantitativno)
slobodnog gvanilhidrazona).
2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (1): 481 mg (99%); t.t.: 291-294 °C; 1H NMR
(600 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,72 (d, J = 11,6 Hz, 2H), 1,78 (d, J = 11,6 Hz, 2H), 1,83 (s,
2H), 1,92-1,99 (m, 6H), 2,59 (s, 1H), 3,37 (s, 1H), 7,44-7,60 (br s, 4H, gvan. NH), 11,19 (s,
1H, gvan. NH); 13C NMR (150 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 26,9 (CH, 2C), 31,7 (CH, 1C), 35,5
(CH2, 1C), 37,0 (CH2, 2C), 38,4 (CH2, 2C), 38,5 (CH2, 1C), 156,2 (C-gvan., 1C), 166,2 (C=N,
1C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3301 (br), 2924 (s), 2852 (m), 1667 (s), 1663 (s), 1597 (m), 1449 (w),
1085 (w), 982 (w); HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C11H18N4 207,1604, nađeno
207,1608.
3.1.2. Priprava 2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (2)
U reakciji bez baze iz 164 mg diketona 15 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 338 mg
(97%) gvanilhidrazon-dihidroklorida 2 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3
(0,5 mmol) iz 164 mg diketona 15 (1 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno je 136 mg (49%)
slobodnog gvanilhidrazona).
2,4-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (2): 338 mg (97%); 1H NMR (300 MHz,
DMSO-d6) δ/ppm: 1,57-2,17 (m, Ad-CH2), 2,72 (s, Ad-CH), 3,32 (br s, Ad-CH), 3,38 (br s,
Ad-CH), 3,48 (br s, Ad-CH), 3,55 (br s, Ad-CH), 4,14 (s, Ad-CH), 7,48-7,84 (m, gvan. NH),
11,44 (s, gvan. NH), 11,59 (s, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 26,5 (CH),
26,6 (CH), 31,2 (CH), 31,5 (CH), 33,6 (CH2), 35,4 (CH2), 35,8 (CH2), 35,9 (CH2), 36,1
-
§ 3. Eksperimentalni dio 45
Marina Šekutor Doktorska disertacija
(CH2), 37,0 (CH2), 37,1 (CH2), 37,7 (CH), 37,8 (CH), 38,2 (CH), 39,3 (CH2), 41,4 (CH2),
43,3 (CH), 48,5 (CH), 49,4 (CH), 155,8 (C-gvan.), 156,2 (C-gvan.), 156,4 (C-gvan.), 158,7
(C=N), 159,0 (C=N), 160,2 (C=N), 162,3 (C=N); IR (KBr) v͂/cm-1: 3341 (br), 3137 (br), 2926
(m), 1665 (s), 1631 (s), 1604 (s), 1448 (w), 1100 (m); HRMS-MALDI m/z [M+H]+
izračunato za C12H20N8 277,1883, nađeno 277,1880.
3.1.3. Priprava 2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorida (3)
U reakciji bez baze iz 82 mg diketona 16 (0,5 mmol) nakon 2 h refluksa dobiveno je 171 mg
(98%) gvanilhidrazon-dihidroklorida 3 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s Na2CO3
(0,25 mmol) iz 82 mg diketona 16 (0,5 mmol) nakon 2 h refluksa dobiveno je 131 mg (95%)
slobodnog gvanilhidrazona).
2,6-bis(gvanidino)diiminoadamantan-dihidroklorid (3): 171 mg (98%); t.t.: > 300 °C; 1H
NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,96-2,07 (m, 8H), 2,70 (s, 2H), 3,46 (s, 2H), 7,47-7,70
(br s, 8H, gvan. NH), 11,33 ppm (s, 2H, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz, DMSO-d9) δ/ppm:
30,9 (CH, 2C), 36,8 (CH2, 1C), 37,8 (CH, 2C), 38,1 (CH2, 2C), 39,4 (CH2, 1C), 156,2 (C-
gvan., 2C), 163,1 (C=N, 2C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3316 (br), 3165 (br), 2939 (m), 1661 (s), 1635
(s), 1598 (s), 1449 (w), 1107 (w); HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C12H20N8
277,1883, nađeno 277,1882.
3.1.4. Priprava 4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (4)
-
46 § 3. Eksperimentalni dio
Doktorska disertacija Marina Šekutor
U reakciji bez baze iz 166 mg hidroksiketona 17 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 244
mg (94%) gvanilhidrazon-hidroklorida 4 u obliku žućkaste krutine (u reakciji s Na2CO3 (0,5
mmol) iz 166 mg hidroksiketona 17 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 226 mg
(kvantitativno) slobodnog gvanilhidrazona).
4-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (4): 244 mg (94%); 1H NMR (300
MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,37-2,81 (m, Ad-CH2 i Ad-CH), 3,13-3,69 (m, Ad-CH), 3,90 (br s,
Ad-CH), 3,96 (br s, Ad-CH), 4,15 (br s, Ad-CH), 7,23-7,87 (m, gvan. NH), 10,98 (s, gvan.
NH), 11,15 (s, gvan. NH), 11,45 (s, gvan. NH), 11,60 (s, gvan. NH); 13C NMR (75 MHz,
DMSO-d6) δ/ppm: 26,0 (CH), 26,4 (CH), 26,5 (CH), 26,6 (CH2), 29,3 (CH2), 30,8 (CH2), 31,2
(CH), 31,4 (CH), 31,5 (CH), 32,6 (CH2), 33,6 (CH), 33,8 (CH), 34,6 (CH2), 35,5 (CH2), 35,9
(CH2), 37,1 (CH2), 37,3 (CH), 37,6 (CH), 37,8 (CH), 38,2 (CH2), 38,3 (CH), 43,4 (CH), 45,4
(CH), 45,8 (CH), 74,6 (CH-OH), 74,7 (CH-OH), 156,0 (C-gvan.), 156,1 (C-gvan.), 156,2 (C-
gvan.), 156,4 (C-gvan.), 160,3 (C=N), 162,4 (C=N), 164,9 (C=N), 165,4 (C=N); IR (KBr)
v͂/cm-1: 3401 (br), 3156 (br), 2922 (m), 2858 (m), 1670 (s), 1639 (s), 1602 (s), 1091 (w);
HRMS-MALDI m/z [M+H]+ izračunato za C11H18N4O 223,1553, nađeno 223,1558.
3.1.5. Priprava 5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorida (5)
U reakciji bez baze iz 166 mg hidroksiketona 18 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 256
mg (99%) gvanilhidrazon-hidroklorida 5 u obliku bijele praškaste krutine (u reakciji s
Na2CO3 (0,5 mmol) iz 166 mg hidroksiketona 18 (1 mmol) nakon 3 h refluksa dobiveno 147
mg (66%) slobodnog gvanilhidrazona).
5-hidroksi-2-(gvanidino)iminoadamantan-hidroklorid (5): 256 mg (99%); t.t.: 269-271 °C; 1H
NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ/ppm: 1,57-1,83 (m, 8H), 2,17 (s, 1H), 2,67 (s, 1H), 3,35 (s,
2H), 3,42 (s, 1H), 4,69 (br s, 1H), 7,54 (br s, 4H), 11,16 (s, 1H); 13C NMR (75 MHz, DMSO-
-
§ 3. Eksperimentalni dio 47
Marina Šekutor Doktorska disertacija
d6) δ/ppm: 29,5 (CH, 1C), 32,8 (CH, 1C), 36,1 (CH2, 1C), 37,5 (CH2, 1C), 39,9 (CH, 1C),
43,8 (CH2, 1C), 44,0 (CH2, 1C), 45,3 (CH2, 1C), 65,6 (C-OH, 1C), 156,2 (C-gvan., 1C), 164,8
(C=N, 1C); IR (KBr) v͂/cm-1: 3302 (br), 3165 (br), 2929 (m), 2911 (m), 2858 (m), 1670 (s),
1647 (s), 1602 (s), 1455 (w), 1353 (w), 1112 (m), 1093 (m), 926 (w); HRMS-MALDI m/z
[M+H]+ izračunato za C11H18N4O 223,1553, nađeno 223,1553.
3.1.6. Priprava 8,11-bis(gvanidino)diiminopentaciklo[5.4.0.02,6.03,10.05,9]undekana (6)
NH
HN
NH2
NH
NH
H2N
N
N
O
O
NH
NH2Cl
H2N
NH2
Na2CO3, EtOH, ∆∆∆∆
19 6
13
2
U reakciji s Na2CO3 iz 174 mg diketona 19 (1 mmol) nakon 4 h refluksa dobiveno je 226 mg
(79%) slobodnog gvanilhidrazona 6 u obliku žute praškaste krutine.
8,11-bis(gvanidino)