Σύνθεση πρωτότυπων ρετινοειδών κατάλληλων για μελέτες σχέσης δομής - βιολογικής δραστηριότητας

Abstract

Retinoids, a large family of natural and synthetic compounds structurally related to vitamin A, play a very important role in a variety of biological functions such as growth, vision, reproduction, cell differentiation and cancer, and they are administered as drugs of choice in dermatological disorders. The synthetic interest is focused in acitretin 6. Acitretin-type analogs show better biological activity, compared to all-trans-retinoic acid 3. In order to improve the therapeutic efficacy to toxicity index as well as to develop better selectivities for various therapeutic applications, a huge array of analogs has been synthesized and their biological activity determined. In the present thesis, the synthesis of new in their vast majority, synthetic analogs of the acitretin- and all-trans­­-retinoic acid-type is described. These analogs can be distinguished in the following three discrete categories: 1. Acitretin-type analogs incorporating changes in the spacer and the lipophilic part. The analogs 196-205 (Scheme 135) are characterized by: (a) replacement of the aromatic ring of acitretin by aromatic amines such as 2,4-dimethoxyaniline (190), 3,4,5-trimethoxyaniline (191), 3-nitroaniline (192), and aniline (193) inducing diversity to the electronic density of the lipophilic part of the molecules, (b) two trans double bonds are replaced by isosteric amide bonds, (c) conformational restriction with the introduction of the heterocyclic rings of pyrrole and indole (through their acids 194 and 195, respectively) or a benzene ring for the analogs 201 and 205, (d) introduction of a cis- double bond in the C-13 position thus resembling the 13-cis-retinoic acid 25 and (e) replacement of the carboxy group by the relatively acidic NH group of the indole nucleus (analog 203). Key for this methodology was the synthesis of the corresponding free anilides obtained through coupling of the commercially available aromatic amines with the N-protected indole-3- and pyrrole-3- carboxylic acids. The coupling of these anilides with the rest of the molecule took place either on solid or in liquid phase with suitable mono-O-protected dicarboxylic acids or their anhydrides using ­o-chlorotrityl resin or the diphenylmethyl-group as carboxy protecting groups. Preliminary biological tests in order to determine the effect of these analogues on RNase P and in MMP-1 and TIMP-1 production from chondrocytes, as well on the inhibition of the epithelial cell LNCaP showed that the effected changes in the acitretin molecule did not result in better biological activity. However, some of them showed interesting biological properties and therefore there is a need for further biological evaluation. 2. Analogs of all-trans-retinoic acid incorporating changes to the hydrophilic part (conjugates of all-trans-retinoic acid with amino acids and peptides). N-(all-trans-Retinoyl)amino acids, which are amides of the all-trans-retinoic acid, provide a way of altering polarity at the terminal end of the retinoic structure, thus increasing water solubility compared to the corresponding alkyl- or aryl- amides. New analogs of all-trans-retinoic acid with amino acids and peptides (207-212, Scheme 136) were synthesized bearing the following changes: (a) the length of the tetraene chain is shortened (analogs 211 and 212 of the acid 206), (b) modification of the distance between the carboxylic acid and the tetraene chain (analog 207), and (c) introduction to the side-chain of the amino acid of more than one carboxy-groups (analogues 208, 209, 211 and 212) or of an amino-group (analogue 210). The synthesis accomplished through coupling of the isolable succinimidyl esters of the corresponding acids 3 and 205 with suitably protected amino acids in the form of their hydrochloric or trifluoroacetate salts. The initially protected dipeptide Asp-Asp, was synthesized by applying the well-established methodology for the synthesis of peptides in liquid phase which used the isolable benzotriazolyl esters of N-tritylamino acids for N-acylation. 3. Acitretin and its analogs incorporating changes only in the lipophilic part. Considering the better therapeutic efficacy of acitretin compared to all-trans-retinoic acid we developed a general methodology for the synthesis of acitretin itself and its analogs 213-216 (Scheme 137), modifying only the lipophilic part of the molecule, namely inducing variable electron density to the aromatic ring. This was achieved by introducing electron releasing substituents (analogs 213, 214 and 216) or an additional aromatic ring (analog 215a). The synthesis of acitretin as well as its analogs was achieved by coupling of commercially available aromatic aldehydes with the phosphonate 295 which was used as a key-intermediate for the building of the tetraene chain through two sequential Horner-Emmons reactions. The final products were obtained with the desirable all-trans configuration from a mixture of their geometric isomers through either recrystallisation or RP-HPLC purification. It is worth mentioning here that the phosphonate 295 was synthesized, for the first time exclusively with the desirable E- configuration, through a high yielding three-step procedure which uses commercially available hydroxyacetone and the stabilized ylid Ph3P=CHCO2Et.

Τα φυσικά απαντώμενα ρετινοειδή και τα συνθετικά τους ανάλογα, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε ένα πλήθος βιολογικών λειτουργιών, όπως είναι η διαδικασία της όρασης, η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή, η κυτταρική διαφοροποίηση και ο καρκίνος και χορηγούνται ως φάρμακα επιλογής σε δερματολογικές παθήσεις. Το συνθετικό ενδιαφέρον εστιάζεται σε ενώσεις όπως η ασιτρετίνη 6. Ανάλογα αυτού του τύπου παρουσιάζουν μεγαλύτερη βιολογική δράση από το all-trans-ρετινοϊκό οξύ 3. Με στόχο τη μείωση της τοξικότητας και τη βελτίωση της θεραπευτικής δράσης έχει συντεθεί ένας ιδιαίτερα μεγάλος αριθμός αναλόγων και έχει προσδιοριστεί η βιολογική τους δράση. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση νέων στη συντριπτική τους πλειοψηφία, αναλόγων της ασιτρετίνης και του all-trans-ρετινοϊκού οξέος. Τα ανάλογα αυτά μπορούν να διακριθούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: 1. Ανάλογα της ασιτρετίνης με μεταβολή στο παρεμβαλλόμενο και το λιπόφιλο τμήμα. Τα ανάλογα αυτά (196-205, Σχήμα 135), χαρακτηρίζονται: (α) από την αντικατάσταση του αρωματικού δακτυλίου της ασιτρετίνης 6 από τους δακτυλίους των αρωματικών αμινών 2,4-διμεθοξυανιλίνη (190), 3,4,5-τριμεθοξυανιλίνη (191), 3-νιτροανιλίνη (192) και ανιλίνη (193) αυξάνοντας ή μειώνοντας κατά περίπτωση με τον τρόπο αυτόν την ηλεκτρονιακή πυκνότητα στον αρωματικό δακτύλιο των μορίων, (β) αντικατάσταση δύο trans-διπλών δεσμών με ισάριθμες ισοστερικές αμιδομάδες, (γ) εισαγωγή διαμορφωτικών περιορισμών μέσω των ετεροκυκλικών δακτυλίων πυρρολίου και ινδολίου (με χρήση των οξέων τους 194 και 195 αντίστοιχα) και ενός βενζολικού δακτυλίου στην περίπτωση των αναλόγων 201 και 205, (δ) εισαγωγή ενός cis-διπλού δεσμού στη θέση 13 της αλυσίδας κατά αντιστοιχία με το 13-cis-ρετινοϊκό οξύ 25 (ανάλογα 204 και 205) και (ε) αντικατάσταση μιας καρβοξυλομάδας με την ινδολική ομάδα (ανάλογο 203). Κλειδί για τις εν λόγω συνθέσεις ήταν η σύνθεση των αντίστοιχων ανιλιδίων που προκύπτουν από τις συζεύξεις των αρωματικών αμινών με τα Ν­-προστατευμένα ινδολ-3- και πυρρολ-3-καρβοξυλικά οξέα και τελικά αποπροστασία. Η σύνδεση των πλευρικών αλυσίδων έγινε σε στερεή και υγρή φάση με μονο-προστατευμένα δικαρβοξυλικά οξέα ή ανυδρίτες αυτών, χρησιμοποιώντας ως προστατευτικές ομάδες την πολυμερή ο-χλωροτριτυλο-ρητίνη και τη διφαινυλομεθυλ-ομάδα που απομακρύνονται σε όξινες συνθήκες. Από τις μελέτες της επίδρασης των αναλόγων αυτών στην παραγωγή ΜΜΡ-1 και ΤΙΜΡ-1 από χονδροκύτταρα, στην ενζυμική δραστικότητα της RNase P καθώς επίσης και στη αναστολή των καρκινικών επιθηλιακών κυττάρων προστάτη LNCaP, προκύπτει ότι οι αλλαγές στη δομή της ασιτρετίνης που επιχειρήθηκαν δεν οδήγησαν σε ανάλογα δραστικότερα αυτής. Ορισμένα όμως ανάλογα έδειξαν παρόμοια προς αυτήν βιολογική δράση και χρήζουν περαιτέρω βιολογικής αποτίμησης.