Struktur- bzw. Liganden-basierte Suche nach neuen p38 Mitogen-aktivierte Proteinkinase Pharmakophoren

Abstract

Im ersten Teil dieser Arbeit konnten durch eine einfache Methode die verschieden substituierten 1,4-Dihydropyrano[2,3-c]pyrazole hergestellt werden. In einer Dreikomponenten-Reaktion von Malondinitril, 1H-Pyrazol-5(4H)-onen und verschiedenen, kommerziell erhältlichen Aldehyden wurden die entsprechenden Zielmoleküle synthetisiert. Vor allem die einfache Durchführung dieser Reaktion soll hervorgehoben werden, denn die Synthese wurde in Ethanol bei Raumtemperatur durchgeführt und nahezu alle der 68 erhaltenen 1,4- Dihydropyrano[2,3-c]pyrazole kristallisierten aus. Die erwünschte Diversität konnte durch die Variation drei verschiedener Alkyl- oder aromatischer Reste erreicht werden. Ebenso konnten verschiedene Derivatisierungsmöglichkeiten, wie die Verseifung der Nitrilgruppe, die Acetylierung der 6-Aminogruppe, der Einsatz von Ketonen anstatt der Aldehyde und die Darstellung eines Pyrano[2,3-c]pyrazol-6(1H)ons, aufgezeigt werden. Die Aktivitäten dieser Verbindungen gegen p38 MAPK waren sehr gering. Die besten Substanzen zeigten eine Hemmung zwischen 42 und 47% bei einer Konzentration von 10 µM. Es konnten daher auch keinerlei Struktur-Wirkungsbeziehungen aus diesen Testergebnissen abgeleitet werden. Der Bindemodus dieser Substanzen wurde basierend auf Modelling und Literaturrecherche validiert und ergab, dass weitreichende Änderungen des Grundgerüstes nötig wären, um die erwünschte Potenz zu erreichen.

Der auf Liganden-basierte Wirkstoffdesign aufbauende, zweite Teil der Arbeit, befasste sich mit der Modifikation der Scios-Leitstruktur. Hierbei konnte das Harnstoff-Derivat anhand der Methode von Knölker synthetisiert werden. Der Ersatz der Amidgruppe durch den Harnstoff geht aufgrund eingeschränkter Rotationsmöglichkeiten mit dem Verlust der Aktivität einher. Um eine CH2-Gruppe zwischen Harnstoff und Indol anzubringen, was die Rotation gewährleisten würde, konnte in analoger Syntheseroute ausgehend von kommerziell erhältlichem 5-(Aminomethyl)-1H-indol nur die Harnstoff-Verbindung mit einer Boc-Schutzgruppe am Stickstoffatom des Indols hergestellt werden. Die Abspaltung dieser Schutzgruppe führte jedoch ebenso zur Spaltung an der benzylischen Position und es konnte nur 4-(4-Fluorbenzyl)piperazin-1-carboxamid isoliert werden. Um bereits das N-Methylierte Indolderivat zur Bildung des Harnstoffes einzusetzen, sollte dies ausgehend von 5-Brom-1H-indol hergestellt werden. Der letzte Schritt, die Reduktion von 1-Methyl-1H-indol-5-carbonitril zum entsprechenden (1-Methyl-1H-indol-5-yl)methanamin, konnte nicht erfolgreich synthetisiert werden. Um die Keton-Derivate der Azaindole herzustellen, wurde grundsätzlich von zwei Varianten ausgegangen. Zum einen kann zuerst das Keton gebildet werden und danach der Ring zum Azaindol geschlossen werden, oder am Azaindol-Gerüst soll die Ketonbindung gebildet werden. Dabei kamen bei der ersten Variante folgende Methoden leider erfolglos zum Einsatz: - Friedel-Crafts-Acylierung - Umsatz einer Grignard-Verbindung mit einem Säurechlorid - Palladium-katalysierte Reaktion einer Boronsäure mit einem Carbonsäureester - ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Säurechlorid - ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Weinreb-Amid - ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Aldehyd (mit anschließender Oxidation zum Keton) Bei der zweiten Variante blieben folgende Synthesemethoden ebenso ohne Ketonbildung: - Einsatz von LDA (bei -78 °C) zur ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Weinreb-Amid - Einsatz von s-BuLi (bei -78 °C) zur ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Weinreb-Amid - Einsatz von s-BuLi (bei -40 °C) zur ortho-Lithiierung und Umsatz mit einem Imidazolid - Einsatz von s-BuLi (bei -40 °C) zur ortho-Lithiierung, TEMEDA zur Komplexierung und Umsatz mit einem Imidazolid - Einsatz von s-BuLi (bei -78 °C) zur ortho-Lithiierung, PMDTA zur Komplexierung und Umsatz mit einem Imidazolid Des Weiteren wurden verschiedene heterozyklische 2-Carbonsäuren (Benzimidazol, Benzofuran und Imidazo[1,2-a]pyridin) erfolgreich hergestellt und zu den entsprechenden Amiden umgesetzt. Die Synthese von 4-Brom-1H-indol-2-carbonsäure, die zur Anbringung einer Oxalamidkette in die 4-Position benötigt wird, gelang durch die Hemetsberger-Knittel Indolsynthese. Diese Synthesemethode wurde erfolgreich in der Mikrowelle nach Validierung der Methode durchgeführt. Die Oxalamidkette konnte jedoch durch Brom/Lithium- Austausch und Umsatz mit dem entsprechenden Weinreb-Amid nicht angebracht werden. Die Friedel-Crafts-Acylierung von Indol-2-carbonsäureester in Dichlormethan lieferte das 3-, 5- und 7-Acylderivat im Verhältnis von 2:1:1. Aus den Testdaten können folgende Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet werden. Der p-Fluor-Substituent an der Benzylgruppe verbesserte die Aktivität geringfügig und die Piperidin-Amide waren potenter als die entsprechenden Piperazin-Amide. Eine weitere Verbesserung der Hemmwirkung konnte durch N-Methylierung der Indole erreicht werden. Allgemein brachten Substituenten in 3-Position keine Verbesserung der Hemmwirkung im Gegensatz zu den unsubstituierten. Die Acetylgruppe am Indol-Grundgerüst wurde am Besten in Position 7 toleriert. Das Ziel der Arbeit, die Entwicklung neuer Leitstrukturen mithilfe von Struktur- bzw. Liganden-basiertem Wirkstoffdesign, konnte zum Teil erreicht werden. Zudem liefert sie neu gewonnene Erkenntnisse sowohl im synthetischen als auch im Bereich der Struktur-Wirkungsbeziehungen, die als neue Ausgangspunkte für weiterführende Forschungsarbeiten genutzt werden können, um in naher Zukunft diverse potente Inhibitoren zu entwickeln.

Structure- and ligand-based drug design was applied to find new lead structures for p38 MAP kinase. In the first part of this thesis different substituted 1,4-dihydropyrano[2,3-c]pyrazoles were synthesized. In the second part of this work the modification of the Scios compound was studied.