Σύνθεση και μελέτη της αντιοξειδωτικής και αντιφλεγμονώδους δράσης νέων κουμαρινών

Abstract

Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η μελέτη της αντιοξειδωτικής και αντιφλεγμονώδους δράσης συγκεκριμένων κουμαρινικών παραγώγων. Συντέθηκαν 11 νέες κουμαρίνες και διερευνήθηκε η ενδεχόμενη και αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδης δράση τους. Οι κουμαρίνες είναι φυσικά προϊόντα με σημαντικότατη παρουσία στο φυτικό βασίλειο και πλειάδα καταγεγραμμένων περιπτώσεων με βιολογική δράση. Ο δομικός σκελετός των κουμαρινών είναι η βενζοπυρόνη, μία πυρόνη ενωμένη με ένα βενζολικό δακτύλιο. Τα διάφορα είδη κουμαρινών περιλαμβάνουν πολλές δομικές προσθήκες και τροποποιήσεις και ο σχεδιασμός νέων κουμαρινικών παραγώγων μπορεί να οδηγήσει σε πολυποίκιλα (από μορφολογικής απόψεως) μόρια. Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει το σχεδιασμό, τη σύνθεση, το χαρακτηρισμό δομής και την αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής και αντιφλεγμονώδους δράσης νέων κουμαρινικών αναλόγων. Ο σχεδιασμός των νέων μορίων βασίστηκε σε πρόσφατα αποτελέσματα του Εργαστηρίου Οργανικής Χημείας, σύμφωνα με τα οποία ο δομικός σκελετός της 3-φαινυλο-κουμαρίνης αποτελεί ενδιαφέρουσα ένωση-οδηγό. Αρχικά, μελετήθηκε η επίδραση της παρουσίας υποκαταστάτη μεθυλίου στη θέση 4 και βρωμίου στις θέσεις 6 και 8 του βενζοπυρονικού δακτυλίου (Σειρά Α). Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η δομική τροποποίηση αυτών των μορίων με διαδοχική αποπροστασία των μεθοξυ-ομάδων και αλκυλίωση των υδροξυ-ομάδων (Σειρά Β). Η σκοπιμότητα αυτής της συνθετικής πορείας ήταν η εμφάνιση αρχικά κατεχολικού συστήματος στο μόριο των κουμαρινών και στην συνέχεια αλκυλομάδων, για την διερεύνηση της συμβολής τους στην βελτίωση ή μη της αντιοξειδωτικής και της αντιφλεγμονώδους δραστικότητας. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση κουμαρινών που περιέχουν αρωματικό δακτύλιο στη θέση 6 του βενζοπυρονικού συστήματος, μέσω αντίδρασης σύζευξης Suzuki (Σειρά Γ). Όλα τα μόρια που παρασκευάστηκαν εξετάστηκαν α) για την αντιοξειδωτική δράση τους χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές βιοδοκιμασίες (ικανότητα αλληλεπίδρασης με την ελεύθερη ρίζα DPPH και ικανότητα αναστολής της λιπιδικής υπεροξείδωσης) και β) για την αντιφλεγμονώδη δράση τους μέσω της ικανότητάς τους να αναστέλλουν το ένζυμο λιποξυγονάση από σόγια. Τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτή την μελέτη είναι τα εξής: -Χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία, η μέθοδος σύνθεσης ετεροκυκλικών βιοδραστικών μορίων αναλόγων των κουμαρινών που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Οργανικής Χημείας, η οποία βασίζεται στην αντίδραση κατάλληλα υποκατεστημένων 2-υδροξυ-ακετοφαινονών με ιμιδαζολίδια καρβοξυλικών οξέων σε ήπιες συνθήκες και αντίδραση σε ένα μόνο βήμα. -Μελετήθηκε μέσω των αντιδράσεων αποπροστασίας η επίδραση της ύπαρξης κατεχολικού συστήματος στον αρωματικό δακτύλιο της θέσης 3 στη βελτίωση των βιολογικών ιδιοτήτων των κουμαρινών . -Μελετήθηκε με τις αντιδράσεις αλκυλίωσης η επίδραση της παρουσίας πρένυλο- ομάδων στην αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση των παραγόμενων ενώσεων. -Διερευνήθηκε η αντίδραση σύζευξης Σουζούκι (Suzuki – Coupling) σε διαφορετικές πειραματικές συνθήκες (βάση, διαλύτης, αναλογία αντιδρώντων, θερμοκρασία) και μελετήθηκε η επίδραση της παρουσίας αρυλο-υποκαταστάτη στη θέση 6 του βενζοπυρονικού δακτυλίου. -Η δομή όλων των νέων ενώσεων ταυτοποιήθηκε με φασματοσκοπικές μεθόδους (1Η και 13C NMR). -Τα νέα παράγωγα εξετάστηκαν ως προς την αντιοξειδωτική τους δράση με δύο διαφορετικές in vitro μεθόδους (ικανότητα δέσμευσης της δραστικής ρίζας DPPH και αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης) και ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν τη δράση της φυτικής λιποξυγονάσης, ικανότητα που συνδέεται ποιοτικά με την αντιφλεγμονώδη δράση τους. -Τα αποτελέσματα των βιολογικών δοκιμασιών οδήγησαν σε συμπεράσματα για τη σχέση δομής-βιολογικής δράσης των νέων μορίων. Από τη μελέτη αυτή προσδιορίστηκαν τα δομικά χαρακτηριστικά τριών νέων παραγώγων που συνδυάζουν ισχυρή αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση και θα χρησιμεύσουν ως μόρια-οδηγοί για την ανάπτυξη νέων και βελτιωμένων, από άποψη βιολογικών ιδιοτήτων, κουμαρινών.

Coumarins are benzopyrone analogues widely distributed in nature. The fused heterocyclic framework of coumarins has served as the prototype scaffold for the synthesis of a wide variety of analogues in order to investigate their biological activity. In the literature, coumarins constitute an important class of naturally occurring compounds many of which exhibit a remarkable range of biological properties including antioxidant, anticancer, vasorelaxant, antiviral and anti-inflammatory activities. Moreover, several synthetic coumarin derivatives have important pharmacological potential as they proved to be efficient inhibitors of a variety of enzymes such as the human 5-lipoxygenase, aromatase and horseradish peroxidase. Our work aims at the synthesis of novel bioactive compounds via an efficient one-step novel synthetic approach towards 3-aryl-coumarin derivatives and the evaluation of their antioxidant and lipoxygenase inhibitory activity. The new series of coumarins, bearing a substituted phenyl ring on position 3, were synthesized through an intramolecular condensation reaction of 2-hydroxyacetophenones and 2-hydroxybenzaldehyde with imidazolyl phenylacetic acid active intermediates. Additionally, in order to further investigate the structural requirements that enhance dual antioxidant and anti-inflammatory activity, we studied the structural requirements for efficient LOX inhibitory and lipid peroxidation activity of the new molecules. Demethylation of the synthesized coumarins, as well as prenylation and Suzuki coupling reactions were investigated, in order to examine the influence of these structural features on the biological activity of the new coumarin analogues. The in vitro antioxidant activity of the synthesized compounds was evaluated using two different antioxidant assays (radical scavenging ability of DPPH stable free radical and inhibition of lipid peroxidation induced by the thermal free radical AAPH). Moreover, the ability of the compounds to inhibit soybean lipoxygenase was determined as an indication of potential anti-inflammatory activity.