Új kinin- és ferrocénszármazékok: szintézis, szerkezet, DFT-modellezés, biológiai hatás és organokatalitikus aktivitás Doktori értekezés tézisei
Írta:
Károlyi Benedek Imre
Témavezetők:
Dr. Csámpai Antal, Dr. Sohár Pál
Programvezető:
Dr. Perczel András
Iskolavezető:
Dr. Inzelt György
ELTE-TTK Budapest 2012
1. Bevezetés és két irodalmi példa A doktori dolgozatom keretén belül három kutatási témát mutatok be. Az I. téma ferrocént és kinint tartalmazó antiproliferatív hatású anyagok szintézisének-, szerkezetének- és hatásának vizsgálatával foglalkozik. A II. témámban új megközelítésből kívántam vizsgálni az cinkona alapú organo-katalízis egy modellreakcióját. Harmadik témámban a cél (III.) ugyancsak bioaktív ferrocén vegyületek szintézise és biokémiai vizsgálata volt.
A természetben teljesen ismeretlen fémorganikus vasvegyület, a ferrocén (1) különböző származékai sokrétű biológiai hatásuknak köszönhetően érdeklődésre tarthatnak számot. Ezt két, farmakológiailag fontos molekula példáján kívánom bemutatni; ezek a ferrocifen (2) és a ferroquin (3). Szerkezetüket és a ferrocén alapvázat az 1. ábra mutatja. A ferrocifen (2) a tamoxifen közeli analógja, melynek egyik benzolgyűrűje helyett ferrocén kapcsolódik a sztirolrészlethez. Jelentősége, tüdőrák-sejtekre gyakorolt antiproliferációs tulajdonságának- és annak köszönhető, hogy az ösztrogén-receptorokba jól illeszkedik. A ferroquin (3) antimaláriás hatása a kinin főbb farmakofórjait magába foglaló szerkezetén alapul. A kutatás előrehaladottságát jól jelzi, hogy a vegyület már megfelelt a kiterjedt fázis IIb vizsgálatok által támasztott követelményeknek.
1. ábra: A ferrocén (1), hidroxi-ferrocifen (2) és ferroquin (3) szerkezete
2. Eredmények az első kutatási témámban Az első kutatási témámban hét új vegyületet szintetizáltam, modelleztem és vettem részt szerkezetük meghatározásában. A szintézisutak befejező lépéseit a 2. ábra foglalja össze. A vegyületek in vitro négy rákos sejtvonalon történő vizsgálatát Orbán Erika végezte Bősze Szilvia vezetésével; eredményeiket az 1. táblázat foglalja össze.
2. ábra: A célvegyületek szintézise Vegyület
Citotoxicitás (sejtvonal, IC50 / µM) HepG2
SH-SY5Y
HL-60
Citosztatikus hatás (sejtvonal, IC50 / µM) MCF-7
HepG2
SH-SY5Y
HL-60
MCF-7
4
>100
>100
>100
> 100
>100
>100
>100
> 100
11
17,60±0,25
21,20±3,24
32,20±4,67
>100
65,60±3,40
82,90±6,78
>100
82,90±7,98
10
3,34±1,02
0,84±0,02
1,80±0,56
5,34±1,78
4,60±0,02
4,20±2,30
10,20±1,65
3,89±1,18
5
33,10±3,04
29,80±4,24
37,70±3,67
25,32±4,60
65,00±6,70
80,70±5,78
41,90±1,45
56,00±4,56
7
4,24±1,12
0,82±0,54
0,86±0,02
21,70±3,23
3,40±0,12
1,30±0,54
0,94±0,02
5,10±0,67
8
>100
>100
6,70±0,02
>100
>100
>100
6,50±3,56
21,80±3,18
6
0,72±0,01
0,78±0,02
1,70±0,05
0,75±0,02
0,40±0,17
0,99±0,10
0,76±0,01
1,00±0,34
9
8,90±0,23
1,50±0,02
2,30±0,05
>100
19,60±2,12
17,20±3,45
4,50±0,01
2,36±0,01
1. táblázat: Vegyületeim in vitro citotoxicitás- és citosztatikus aktivitás értékei emberi rákos sejtvonalon
3. Eredmények a második kutatási témámban Második témámban az organokatalízis egy reakcióját tanulmányoztam in silico módszerekkel. Nitrometán addícióját modelleztem difenil-propenonra, új, kininen alapuló organokatalizátor által irányított reakciókban. Tizenhét, szerkezetében változatos cinkona katalizátor vizsgálatával megállapítottam, hogy azok aromás csoportja a difenil-propenonnal π-π kölcsönhatást létesít, s ez nagyban csökkenti az aktivációs energiát, amit a 3. ábra mutat.
3. ábra: Az aktivációs energia és a katalizátor-szubsztrát fenilgyűrűk közötti távolság A kapott ismereteket felhasználva új katalizátort szintetizáltam és teszteltem. A vegyület magas enantioszelektivitása alacsony reakciósebességgel párosult (2. táblázat). Emellett melléktermékként (Y = 9 %) új, királis heptándion jelent meg (4. ábra), mely enantio-, és diasztereoszelektív szintézisét irodalom még nem tárgyalja. Oldószer
Reakcióidő t / d
Izolált termelés Y / %
Enantiomer felesleg ee / %
DCM Toluol
49 30
81 57
93 94
2. táblázat: Próbareakciók a kiválasztott katalizátorral
4. ábra: A heptándion egy konformerének számolt-, és projektált szerkezete
4. Eredmények a harmadik kutatási témámban Húsz új, piridazinont- és ferrocént tartalmazó vegyület szintézisét végeztem el, szerkezetének meghatározásában vettem részt. A vegyületek szerkezete változatos: mono-szubsztituált ferrocének, 1,1’-, és 1,2-diszubsztituált ferrocének mellett három ferrocénnel kondenzált piridazinont ismertetek. A vegyületek in vitro négy rákos sejtvonalon történő vizsgálatát Zupkó János végezte. Az 5. ábrán a két leginkább hatásos vegyület szerkezetét tüntettem fel, míg alattuk a 3. táblázat ezek hatékonyságát mutatja be ciszplatin kontroll-vegyülettel összevetve.
5. ábra: A két leghatékonyabb ferrocénvegyület szerkezete Vegyület
c / µM
Növekedés inhibíció (%) ± Átlag standard hibája HeLa MCF7 A2780 A431
12
10 30 10 30 10 30
– 61,73 ± 1,00 57,31 ± 0,43 54,46 ± 0,65 42,61 ± 2,33 99,93 ± 0,26
13 Ciszplatin
22,89 ± 1,75 65,15 ± 2,54 51,19 ± 0,47 58,18 ± 0,92 53,03 ± 2,29 86,90 ± 1,24
27,62 ± 1,94 92,04 ± 0,44 26,31 ± 1,17 27,18 ± 2,12 83,57 ± 1,21 95,02 ± 0,28
32,17 ± 1,84 67,52 ± 0,88 37,64 ± 1,23 50,77 ± 0,86 88,54 ± 0,50 90,18 ± 1,78
3. táblázat: Két hatékony vegyület in vitro növekedés inhibíció értékei emberi rákos sejtvonalon
5. Közlemények, konferenciák Publikációk (vastag évszámmal jelzem a dolgozathoz tartozókat): Karolyi B; Gengeliczki Z; Vass G; Szepes L; Isonitrile ligand properties as studied by He I/He II photoelectron spectroscopy J. Organomet. Chem. 694: (18) pp. 2923-2926. (2009) Karolyi BI; Szepes L; Vass G; Investigation of Hg(SiMe3)(2) and Me3Si radical by photoelectron spectroscopy and theoretical methods J. Organomet. Chem. 695: (10-11) pp. 1609-1611. (2010) Fodor L; Csomós P; Károlyi B; Csámpai A; Sohár P; Investigation of ring transformations of diaryl-β-lactams condensed with 1,3-benzothiazines Arkivoc v: pp. 37-46. (2012) Károlyi BI; Bősze Sz; Orbán E; Sohár P; Drahos L; Gál E; Csámpai A; Acylated mono-, bisand tris- Cinchona-Based Amines Containing Ferrocene or Organic Residues: Synthesis, Structure and in Vitro Antitumor Activity on Selected Human Cancer Cell Lines Molecules 17: (3) pp. 2316-2329. (2012) Károlyi, BI, Fábián, A, Kovács, Z, Varga, Sz, Drahos, L, Sohár, P, Csámpai, A; DFT analysis of a key step in the cinchona-mediated organocatalytic Michael-addition of nitromethane to 1,3-diphenylpropenon. Comp. Theor. Chem. 996: pp. 76-81. (2012) Konferencia részvételek: Szeged XXXI. Kémiai előadói napok 2008, előadás Kobalt-dikarbonil-nitrozil-(alkil-izonitril) komplexek elektronszerkezete címmel Zsórifürdő MTA Szervetlen és Fémorganikus Kémiai munkabizottság előadó ülése 2009, előadás A trimetil-szilil és -germil gyök, valamint prekurzoraik elektronszerkezete címmel. Balatonszemes MTA Heterociklusos munkabizottság előadó ülése 2011, előadás Számítási eredményeink a kininalapú organokatalízis tárgyköréből címmel. Braunschweig 10th Ferrocene Colloquium 2012, poszter Versatile researches on chiral ferrocenes címmel.
