| License: Publishing license for publications excluding print on demand (2MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-162660
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.16266
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 16 August 2012 |
| Referee: | Prof. Dr. Siavosh Mahboobi |
| Date of exam: | 27 July 2010 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical/Medicinal Chemistry I (Prof. Elz) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Key words for part I: 1H-Imidazol-2-ylamine, pyrimidine, bioisosterism, receptor tyrosine kinases, imatinib, PDGF Key words for part II: SAR study, antibacterial compounds, indole derivatives, resistant Staphylococcus aureus, inflamation, NSAIDs |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 16266 |
Abstract (German)
Diese Arbeit bestehend aus 2 Teilen. Im ersten Teil sollte eine Reihe von neuen N (3-(4-(Pyridin-3yl)-1H-imidazol-2-ylamino)phenyl)amid-Derivaten synthetisiert werden. Diese Derivate sollten auf ihre inhibitorische Wirkung an PDGF- und FLT3-Rezeptor-Tyrosinkinase getestet werden. Als Leitstruktur für diese Synthese diente der bekannte Tyrosinkinase-Inhibitor Imatinib, welcher eine Gruppe von ...
Abstract (German)
Diese Arbeit bestehend aus 2 Teilen. Im ersten Teil sollte eine Reihe von neuen N (3-(4-(Pyridin-3yl)-1H-imidazol-2-ylamino)phenyl)amid-Derivaten synthetisiert werden. Diese Derivate sollten auf ihre inhibitorische Wirkung an PDGF- und FLT3-Rezeptor-Tyrosinkinase getestet werden. Als Leitstruktur für diese Synthese diente der bekannte Tyrosinkinase-Inhibitor Imatinib, welcher eine Gruppe von Tyrosinkinasen hemmt. Hierbei sind insbesondere PDGF-R, BCR-ABL und c-Kit zu nennen.
Chemisch ist Imatinib ein Phenylaminopyrimidin-Derivat, das in 4-Position mit einem Pyridin-Ring substituiert ist. Die Phenylamino-Partialstruktur ist hierbei ferner durch eine Methyl-Gruppe in 6-Position sowie eine Benzamid-Struktureinheit mit freier NH-Gruppe in Position 3 substituiert. Der Benzamid-Substituent ist vorzugsweise mit einem lipophilen Substituenten in Position 4 ausgestattet. Zu Verbesserung der Löslichkeit und der Bioverfügbarkeit ist dieser lipophile Substituent mit einem 1-Methylpiperazin-Substituent verknüpft. In dieser Arbeit war somit die Synthese neuer Imidazol-Derivate als potentielle Tyrosinkinase-Inhibitoren basierend auf der Grundstruktur des Imatinib. Es sollten Modifikationen unter Beibehaltung der grundlegenden Struktur des Imatinib durchgeführt werden. Zur Verbesserung der Selektivität und zur Untersuchung der Struktur-Wirkungs-Beziehungen, um strukturelle Voraussetzungen zur selektiven Hemmung des PDGF-Rezeptors zu finden. Hierbei wurde der zentrale Pyrimidinring des Imatinib gegen einen bioisosteren Imidazolring ersetzt. Ferner wurden neben dem 3 Pyridylsubstituenten in Position 4(5) des Imidazolyl-Gerüstes auch Derivate mit 4-Pyridyl- sowie Phenyl-Substituent synthetisiert. Die „Flag-Methyl-Gruppe“ wurde durch H und Ethyl ersetzt. Eine wichtige Modifikation bestand hierbei im Ersatz der Benzamid-Struktur in Position 3 durch Acetamid, Arylamide und diverse substituierte Benzamide. Die neuen 2-N-Arylamino-4(5)arylimidazol Derivate konnten in Anlehnung an die Syntheseroute des Phenylaminopyrimidins, das erstmals von Zimmermann et al. synthetisiert wurde, hergestellt werden. Die Synthese erfolgte durch Ringschluß diverser 2-Brom-1-aryl-ethanone mit den geeignet substituierten Guanidinium-Nitraten. Die entsprechenden Amine waren in der Folge durch katalytische Reduktion der Nitro-Gruppe mit Ammoniumformiat an Pd/C erhältlich. Diese wurden mit den entsprechenden Carbonsäurechloriden umgesetzt, um schließlich zu den Zielstrukturen zu gelangen.
Alle neu dargestellten Imidazol-Derivate wurden auf ihre Selektivität gegenüber dem FLT3-Rezeptor untersucht. Dabei beeinflusste keine der untersuchten Verbindungen den FLT3-Rezeptor bis zu einer Konzentration von 10 µg/ml, ein Ergebnis, wie es ebenso für die Leitstruktur Imatinib gefunden wird. Daraus lässt sich ableiten, dass die Selektivität konserviert wurde. Im Gegenzug zeigten einige der Imidazol-Derivate, abhängig von ihren strukturellen Modifikationen, starke inhibitorische Wirkung auf die PDGF-Rezeptor-Phosphorylierung (IC50-Wert von 0.2 µM). Imatinib im Vergleich weist einen IC50-Wert von 0.3 µM auf.
Die Prüfung der strukturellen Veränderungen auf die Hemmwirkungen der neu synthetisierten Imidazol-Derivate zeigte, dass der Austausch des Pyrimidins durch ein Imidazol-System gut toleriert wird, die Amid-Struktur und die Substitution mit 3-Pyridyl-Substituenten für die Aktivität wesentlich sind und sich die Einführung der Methyl-Gruppe nur wenig auf die Aktivität auswirkt. Im Gegensatz zu Imatinib und unabhängig von anderen strukturellen Modifikationen schwächte die Substitution bei den Imidazolyl-Analoga durch einen Substituenten in para-Position der Benzamid-Substruktur (in der Regel 1-Methyl-piperazin) die Aktivität deutlich. Es wurde somit erreicht, potente PDGF-Rezeptor-Inhibitoren herzustellen. Die Inhibitoren dieser Klasse zeigen, ebenso wie Imatinib, keine Inhibitorwirkung auf den FLT3-Rezeptor.
Ziel des 2. Teils dieser Arbeit war es, neue Indol-Derivate zu synthetisieren, und auf ihre antimikrobielle Aktivität gegen zahlreiche Bakterien- und Pilz-Stämme, insbesondere gegen multiresistente epidemische Stämme, sowie auf antiinflammatorische Wirkung zu untersuchen. Weiterhin wurden einige dieser Verbindungen auf ihre antiproliferativen Wirkungen und ihre Zytotoxizität untersucht.
Basierend auf der Leitstruktur 3-Brom-4-(1H-Indol-3-yl)-2,5-dihydro-1H-2,5-pyrroldions, die in Anlehnung an das strukturelle Grundgerüst und die biologische Wirksamkeit des Arcyriarubins entwickelt wurde, konnten wir so weitere Indol-Derivate synthetisieren. Die Idee war im Wesentlichen der Ersatz eines Indolyl-Substituenten des Grundkörpers des Bisindolylmaleinimids (Arcyriarubin A) durch Brom, wobei der zweite Indolyl-Substituent beibehalten wurde. Der Ausgangspunkt unserer Strukturentwicklung ist die Leitstruktur des 3-Brom-4-(1H-Indol-3-yl)-2,5-dihydro-1H-2,5-pyrroldions. Die synthetisierten Derivate unterscheiden sich durch chemische Modifikationen. Hierbei wurde das Indol-Grundgerüst in Position 2 substituiert, am Imidstickstoff substituierte und unsubstituierte Verbindungen synthetisiert und das Brom durch Stickstoff- und Schwefel-Substituenten ausgetauscht. Das Indol, das an 2-Position den 4-Methoxyphenyl-Substituenten besitzt, wurde nach Bischler-Möhlau synthetisiert. Die silyl-geschützten Indolyl-Maleinimide waren durch Kondensation der an 3 Position durch Lithiumhexamethyldisilylamid metallierten Indole mit silyl-geschütztem Dibrom-Maleinimid zugänglich. Die am Imidstickstoff unsubstituierten Derivate wurden nach Abspaltung der Silyl-Schutzgruppe mit Tetrabutylammoniumfluorid erhalten und mit verschiedenen Stickstoff- und Schwefel-Nucleophilen in Et3N und Pyridin umgesetzt, um das Brom auszutauschen. Für weitere Untersuchungen wurden die silyl-geschützten Indolyl-Maleinimide jeweils durch Umsetzen mit einem Überschuss an Alkylantien (Alkylbromid, Bromethanol und 2-Bromethylacetat) und TBAF am Imidstickstoff substituiert. Im Hinblick auf die antimikrobielle Aktivität wurde im Allgemeinen festgestellt, dass die neu hergestellten Indol-Derivate keine Wirkungen gegen Gram-negative Bakterien und gegen Pilze zeigen und ein schmaleres Wirkungsspektrum im Vergleich zu Ciprofloxacin haben. Ein Grund dafür könnte darin liegen, dass sie einen anderen Wirkmechanismus aufweisen. Einerseits war eine Selektivität gegen Gram-positive multiresistente epidemische Bakterienstämme S. aureus 134/49 (MRSA), die gegen das Antibiotikum Ciprofloxacin resistent sind, sowohl innerhalb der Reihe der am Imidstickstoff unsubstituierten als auch der substituierten Derivate festzustellen. Andererseits bewirkt der Austausch von Brom durch Stickstoff- oder Schwefel-Nucleophile einen signifikanten Rückgang der Wirksamkeit. Es lässt sich festhalten, dass mit zunehmender Länge der Alkylseitenketten die Wirksamkeit jedoch zunehmend zurück ging. Im Gegensatz dazu zeigt das Imid NH positive Effekte auf die Wirksamkeit. Ferner zeigt die Substitution mit dem hydrophilen Substituenten am Imidstickstoff stärkeren Einfluss. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit den Ergebnissen bei der Prüfung auf antiinflammatorische Aktivität. Alle diese Effekte setzen die Anwesenheit von Brom am Maleinimid-Grundgerüst voraus, sind jedoch unabhängig von Strukturänderungen in Position 2 des Indol-Grundgerüsts. Die neu synthetisierten Indol-Derivate sind nennenswert zytotoxisch für die HeLa-Krebszelllinie und scheinen damit relativ toxisch zu sein. Bezüglich ihres antiproliferativen Effekts hemmen die Indol-Derivate selektiv die Zelllinie K-562, mit GI50-Werten von bis zu 0.5-0.8 µg/ml.
Hinsichtlich ihrer antiinflammatorischen Aktivität bewirken die neuen Idol-Derivate, deren Brom durch Stickstoff- oder Schwefel-Substituenten ersetzt wurde, gute antiinflammatorische Aktivität. Dabei liefern sie zum Teil mit den Standards N-Acetylcystein und Indomethacin vergleichbare gute Ergebnisse hinsichtlich Horseradish-Peroxidase bzw. und 3α-Hydroxysteroid-Dehydrogenase. Die Aktivität gegen 3α-Hydroxysteroid-Dehydrogenase könnte auf eine gewisse Strukturähnlichkeit mit dem Standard Indomethacin zurückzuführen sein. Vor allem sind die Derivate mit CH3 an 2-Position des Indols hinsichtlich Horseradish-Peroxidase am wirksamsten und selektivsten. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden einige Substanzen als Leitstrukturen zur weiteren Entwicklung neuer Derivate durch unsere Arbeitsgruppe ausgewählt.
Translation of the abstract (English)
The thesis is divided into two parts. The first part deals with the synthesis of a series of new N-(3-(4-(pyridine-3yl)-1H-imidazole-2-ylamino)phenyl)amide derivatives. These derivatives were tested for their inhibitory effect on receptor tyrosine kinases. The lead compound for this synthesis was the well known tyrosine kinase inhibitor imatinib, which inhibits a group of tyrosine kinases. In ...
Translation of the abstract (English)
The thesis is divided into two parts. The first part deals with the synthesis of a series of new N-(3-(4-(pyridine-3yl)-1H-imidazole-2-ylamino)phenyl)amide derivatives. These derivatives were tested for their inhibitory effect on receptor tyrosine kinases.
The lead compound for this synthesis was the well known tyrosine kinase inhibitor imatinib, which inhibits a group of tyrosine kinases. In particular, they are PDGF-R, BCR-ABL and c-Kit.
Chemically, Imatinib is a phenylaminopyrimidin derivative, which is substituted in the 4-position with a pyridine ring. The phenylamino partial structure is also substituted by a methyl group in 6-position “flag methyl group” and a benzamide moiety with a free NH group in position 3. The benzamide substituent is preferably equipped with a lipophilic substituent in position 4. This lipophilic substituent is linked with a 1-methylpiperazine substituent to improve the solubility and bioavailability.
The aim of the first part of this thesis was the synthesis of novel imidazole derivatives as potential inhibitors of tyrosine kinase based on the basic structure of imatinib. Modifications under maintaining the basic structure of imatinib have been made to improve the selectivity and to study the structure activity relationships in order to find structural conditions for the selective inhibition of the PDGF receptor. Here, the central pyrimidine ring of imatinib was replaced with a bioisosteric imidazole ring. Furthermore, derivatives with 4-pyridyl and phenyl substituent have also been synthesized in addition to the 3-pyridyl substituent in position 4(5) of the imidazolyl scaffold. The “flag methyl group” was replaced by H and ethyl. The important modification was the replacement of the benzamide structure in position 3 by acetamide, arylamides, and various substituted benzamides. The synthesis of new 2-N-arylamino-4(5) arylimidazole derivatives was based on the synthetic route of the phenylaminopyrimidins, which was synthesized for the first time by Zimmermann et al. The synthesis was carried out by cyclization of various 2-bromo-1-aryl-ethanones with the suitable substituted guanidine nitrates. The corresponding amines were subsequently accessible by catalytic reduction of a nitro group with ammonium formate. These were implemented with the corresponding acid chlorides, to finally reach the targeted structures. All newly synthesized imidazole derivatives were investigated for their selectivity against the FLT3 receptor.
Thereby, none of the investigated compounds influenced the FLT3 receptor up to a concentration of 10 µg/ml, this result as well found for the lead compound Imatinib.
This suggests that the selectivity was conserved. In turn, a few of the imidazole derivatives, depending on their structural modifications, showed strong inhibitory effect on the PDGF receptor phosphorylation (IC50 value of 0.2 µM). Imatinib by comparison has an IC50 value of 0.3 µM.
The examination of structural changes on the inhibitory effects of the newly synthesized imidazole derivatives showed that the replacement of pyrimidine by imidazole system is well tolerated, the amide structure and the substitution of 3-pyridyl substituent are essential for the activity and the introduction of the methyl group affects activity only slightly. In contrast to imatinib, and independent on other structural modifications the substitution in para position of the benzamide substructure (usually 1-methyl-piperazine) in the imidazolyl analogues weakened the activity significantly. It was, therefore, reached to produce potent PDGF receptor inhibitors, which show like imatinib, no inhibitory effect on the FLT3 receptor.
The aim of the second part of this thesis was to synthesize new indole derivatives, and investigate their antimicrobial activity against numerous bacterial and fungal strains, especially against multidrug-resistant epidemic strain (MRSA) as well as for their anti-inflammatory effect. Furthermore, some of these compounds were tested for their cytotoxicity and antiproliferative effects.
Based on the lead compound 3-bromo-4-(1H-indole-3-yl)-2,5-dihydro-1H-2,5-pyrroldions, which was developed based on the basic structural scaffold and biological activity of the Arcyriarubin A framework, so we could synthesize other indole derivatives. Essentially the idea was to replace the indolyl substituent in bisindolyl maleimide (Arcyriarubin A) by bromine; so that the second indolyl substituent was retained. The starting point of our structural development is the lead compound 3-bromo-4-(1H-indole-3-yl)-2,5-dihydro-1H-2,5-pyrroldion.
The synthesized derivatives differ in chemical modifications. The indole skeleton was substituted in position 2, substituted and non substituted derivatives at imide nitrogen were synthesized and the bromine replaced by nitrogen- and sulfur substituents.
The indole with 4-methoxyphenyl substituent in the 2-position was synthesized according to Bischler-Möhlau. The silyl-protected indolyl maleimid were accessible by condensation at position 3 by lithiumhexamethyldisilylamid metallated indoles with silyl-protected dibromomaleimid. The unsubstituted derivatives of imid nitrogen were obtained after cleavage of the silyl protecting group with tetra-butylammonium fluoride and implemented with different nitrogen- and sulfur nucleophiles in Et3N and pyridine to replace the bromine. For further investigations, the silyl-protected indolyl maleimides were substituted on imide nitrogen by reaction with an excess of alkylating agents (alkyl bromide, 2-bromoethanol and ethyl 2-bromoacetate) and TBAF. In view of the antimicrobial activity found in general that the newly produced indole derivatives show no effects against Gram-negative bacteria and fungi, and in comparison to ciprofloxacin they have a narrow spectrum of activity. The reason could be that they have a different mechanism of action. On the one hand, selectivity against Gram-positive multidrug-resistant epidemic strains S. aureus 134/49 (MRSA), which are resistant against antibiotic ciprofloxacin was observed, both within the series of the unsubstituted imide nitrogen and the substituted derivatives. On the other hand the replacement of bromine by nitrogen or sulfur nucleophiles causes a significant decrease in effectiveness. It can be stated that with increasing the length of alkyl side chains, the effectiveness decline gradually. In contrast, the imide NH shows positive effects on effectiveness. Furthermore, the substitution with the hydrophilic substituent on imide nitrogen shows a stronger influence.
These findings are consistent with the results when testing for anti-inflammatory activity. All of these effects presuppose the presence of bromine on maleimide backbone, but are independent on structural changes in position 2 of the indole skeleton. The newly synthesized indole derivatives are significantly cytotoxic for the HeLa cancer cell line and thus appear to be relatively toxic. In respect of its antiproliferative effect, the indole derivatives inhibit selectively the cell line K-562, with GI50 values of up to 0.5-0.8 µg/ml. Regarding of their anti-inflammatory activity, the new indol derivatives in which bromine replaced by nitrogen or sulfur substituents produce good anti-inflammatory activity. Partly they provide with the standards N-acetylcysteine and indomethacin good comparable results regarding of horseradish peroxidase and 3α-hydroxysteroid dehydrogenase respectively. The activity against 3α-hydroxysteroid dehydrogenase may be due to a certain structural similarity with the standard indomethacin. In particular, indole derivatives with CH3 on 2-position regarding horseradish peroxidase are the most effective and selective.
Based on these results, some substances were selected as lead compounds for further development of new derivatives by our group.
Metadata last modified: 25 May 2023 08:37
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