Σύνθεση, χαρακτηρισμός δομής βιοϊσοστερών αναλόγων 3-καρβοξαμιδικών-2-κινολινονών και μελέτη της αντιφλεγμονώδους, αντιοξειδωτικής και νευροπροστατευτικής δράσης τους

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η σύνθεση νέων παραγώγων των κινολινονών με βάση τη βιοϊσοστερή υποκατάσταση και η μελέτη της ικανότητάς τους να αναστέλλουν τη δράση της λιποξυγονάσης, της αντιοξειδωτικής τους δράσης και της προστασίας των κυττάρων ΗΤ22 από το οξειδωτικό στρες. Η βιοϊσοστερής υποκατάσταση αποτελεί μια βασική τεχνική της Φαρμακευτικής Χημείας η οποία βασίζεται στη μοριακή τροποποίηση μιας ένωσης- οδηγού (lead compound) με στόχο την παραγωγή ασφαλέστερων και κλινικά αποτελεσματικότερων φαρμάκων. Μπορούμε να διακρίνουμε δυο κατηγορίες βιοϊσοστέρειας : την κλασσική και τη μη-κλασσική βιοϊσοστέρεια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εφαρμόστηκαν και οι δυο κατηγορίες βιοϊσοστέρειας για το σχεδιασμό νέων αναλόγων των κινολινονών. Οι κινολινόνες αποτελούν ετεροκυκλικές αζωτούχες ενώσεις που απαντώνται ως φυσικά προϊόντα, κυρίως με τη μορφή αλκαλοειδών, ως χημικά ενδιάμεσα στο βιοσυνθετικό μονοπάτι άλλων φυσικών προϊόντων και ως συστατικά προϊόντων μεταβολισμού ορισμένων μικροοργανισμών. Η πρώτη σειρά ενώσεων παρασκευάστηκε με βάση τη κλασσική βιοϊσοστερή υποκατάσταση, η οποία περιλαμβάνει την αντικατάσταση της αμινομάδας του καρβοξαμικού αμιδίου της αρχικής ένωσης με τις ομάδες του υδροξυλίου και μεθυλίου. Οι ενώσεις παρασκευάστηκαν με θέρμανση της 3-μεθοξυκαρβονυλο-4-υδροξυ-2-κινολινόνης με την αντίστοιχη αρωματική ή αλειφατική αμίνη, σε διαλύτη τολουόλιο. Τα αποτελέσματα των βιοδοκιμασιών έδειξαν ότι τα καρβοξαμίδια 3-6 εμφανίζουν σημαντικά αυξημένη ικανότητα αναστολής του ενζύμου της λιποξυγονάσης σε σχέση με τις αρχικές ενώσεις- οδηγούς . Με βάση αυτά τα αποτελέσματα παρασκευάστηκαν οι ενώσεις της σειράς Β, ο σχεδιασμός των οποίων βασίζεται στη μη-κλασσική βιοϊσοστερή υποκατάσταση, και συγκεκριμένα στην εφαρμογή του αντίστροφου αμιδίου. Αρχικά παρασκευάστηκε το υδροχλωρικό άλας 1-μεθυλο-3-αμινο-4-υδροξυ-κινολιν-2-όνης μέσω αντίδρασης νίτρωσης της 1-μεθυλο-4-υδροξυ-κινολιν-2-όνης και αναγωγής της νιτροομάδας. Ακολούθησαν αντιδράσεις ακυλίωσης για την παρασκευή των τελικών καρβοξαμιδίων. Τα αποτελέσματα των βιοδοκιμασιών έδειξαν ότι τα αντίστροφα καρβοξαμίδια 14-17 εμφανίζουν γενικά μειωμένη ικανότητα αναστολής του ενζύμου της λιποξυγονάσης σε σχέση με τα καρβοξαμίδια της σειράς Α. Για την ταυτοποίηση των παραπάνω ενώσεων χρησιμοποιήθηκαν διάφορες φασματοσκοπικές μέθοδοι, όπως 1Η NMR, 13C NMR, ESI-MS, FT-IR. Η αντιφλεγμονώδης δράση των νέων αναλόγων εκτιμάται μέσω πειραμάτων ση λιποξυγονάση από σόγια ενώ η αντιοξειδωτική δράση μετρήθηκε μέσω της μεθόδου του DPPH και της αναστολής της λιπιδικής υπεροξείδωσης (AAPH). Από τις ενώσεις που μελετήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία ,η ένωση που συνδυάζει την μεγαλύτερη ικανότητα αναστολής του ενζύμου της λιποξυγονάσης, την ισχυρότερη αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης ( AAPH ) αλλά και σημαντική προστασία των ΗΤ22 κυττάρων από το οξειδωτικό στρες είναι το 4-υδροξυ-Ν-(4-υδροξυφαινυλο)-1-μεθυλο-2-οξο-1,2-διϋδροκινολινο-3-καρβοξαμίδιο (4) . Επομένως η ένωση αυτή θα αποτελέσει το ‘μόριο-οδηγό’ για το σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων αναλόγων με βελτιωμένη βιολογική δράση.

The aim of the present research is the design and synthesis of new quinolinone analogues based on the concept of bioisosterism and the study of their biological properties, including their ability to inhibit lipoxygenase, their antioxidant activity and their ability to protect HT22 cells from oxidative stress. Bioisosterism represents a strategy in Medicinal Chemistry based on the molecular modification of a lead compound to produce safer and clinically more effective drugs. There are two main categories of bioisosterism: classic and non-classic bioisosterism, both of which were applied in this research for the design of the new analogues. Quinolinones are heterocyclic compounds containing nitrogen which are mainly found as alkaloids in natural products, as chemical intermediates in the biosynthesis of other natural compounds or as components produced during the metabolism of microorganisms. The synthesis of the first series of compounds is based on the classic bioisosterism, which includes the substitution of the amine group of the carboxamide with the hydroxyl and methyl groups, as described in the figure below. The compounds were prepared by heating 3-methoxycarbonyl-4-hydroxy-2-quinolinone with the suitable aromatic or aliphatic amine in toluene. The results of the biological assays indicated that carboxamides 3-6 exhibit significantly increased inhibition of lipoxygenase than the ‘parent’ lead compounds . Taking into consideration these results, compounds of series B were synthesized, based on the non-classic bioisosterism and specifically on the implementation of the inverse amide. The first step is the synthesis of the hydrochloride salt of 1-methyl-4-hydroxy-quinolin-2-one, prepared by nitration of 4-hydroxy-2-quinolinone followed by reduction of the nitro group. Acylation reactions of the amine moiety were performed using the corresponding acyl-chlorides to produce the final carboxamides. The results of the biological assays indicated that the reversed carboxamides 14-17 exhibit in general lower inhibition of lipoxygenase compared to the carboxamides of Series A. The structure identification of the synthesized compounds was accomplished via spectroscopic methods, such as 1Η NMR, 13C NMR, ESI-MS, FT-IR. The anti-inflammatory activity of new analogues was evaluated using the soybean lipoxygenase assay, whereas the antioxidant activity was estimated using the methods of DPPH and the inhibition of lipid peroxidation (AAPH).