Artykuł metodologiczny

Reakcja sprzęgania amidowego do syntezy ligandów na bazie bispirydyny i ich kompleksowania do platyny jako dwujądrowych środków przeciwnowotworowych

DOI:

10.3791/51740

⸱

28 maja 2014

 ,  ,  ,  , 
1Faculty of Pharmacy, The University of Sydney, 2School of Science and Health, University of Western Sydney, 3Division of Chemistry and Environmental Science, School of Science and the Environment, Manchester Metropolitan University, 4Nature Publishing Group

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje użycie reakcji sprzęgania amidowego kwasu izonikotynowego i diaminoalkanów do tworzenia ligandów mostkowych odpowiednich do użycia w syntezie wielojądrowych kompleksów platynowych, które łączą aspekty leków przeciwnowotworowych BBR3464 i pikoplatyny.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Reakcje sprzęgania amidowego mogą być używane do syntezy ligandów na bazie bispirydyny do użycia jako łączniki pomostowe w wielojądrowych platynowych lekach przeciwnowotworowych. Kwas izonikotynowy lub jego pochodne są sprzężone z łańcuchami diaminoalkanowymi o zmiennej długości w atmosferze obojętnej w bezwodnym DMF lub DMSO przy użyciu słabej zasady, trietyloaminy i czynnika sprzęgającego, bezwodnika 1-propylofosfonowego. Produkty wytrącają się z roztworu podczas tworzenia lub mogą być wytrącone przez dodanie wody. W razie potrzeby ligandy można dodatkowo oczyścić przez rekrystalizację z gorącej wody. Synteza dwujądrowego kompleksu platyny przy użyciu ligandów bispirydyny odbywa się w gorącej wodzie przy użyciu transplatyny. Najbardziej pouczającą z technik charakterystyki chemicznej w celu określenia struktury i czystości ogólnej zarówno ligandów bispirydyny, jak i końcowych kompleksów platyny jest 1H NMR ze szczególną analizą regionu aromatycznego widm (7-9 ppm). Kompleksy platyny mają potencjalne zastosowanie jako środki przeciwnowotworowe, a metoda syntezy może być modyfikowana w celu wytworzenia trójjądrowych i innych wielojądrowych kompleksów o różnej funkcjonalności wiązań wodorowych w ligandzie mostkującym.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Platynowe leki przeciwnowotworowe pozostają jedną z najczęściej stosowanych rodzin środków w leczeniu raka u ludzi1. Pomimo ich sukcesu, ich zastosowanie jest ograniczone przez poważne skutki uboczne ograniczające dawkę2-4. Ograniczone dawki, które można podawać pacjentom, oznaczają również, że nowotwory mogą rozwinąć oporność5. W związku z tym nadal opracowywane są nowe leki poprawiające profil działań niepożądanych i przezwyciężające nabytą oporność, takie jak fenantryplatyna6 i fosfaplatyna7.

Pod koniec lat dziewięćdziesiątych opracowano trójjądrowy lek platynowy, BBR3464 (Schemat 1)8, który jest do 1000 razy bardziej cytotoksyczny in vitro niż wiodący lek platynowy, cisplatyna. BBR3464 jest również w stanie przezwyciężyć nabytą oporność w panelu ludzkich linii komórek nowotworowych9. Niestety, zwiększonej aktywności BBR3464 towarzyszy od 50 do 100 razy wyższa toksyczność, co ogranicza jej stosowanie10-12. Jest również łatwo degradowany w organizmie, co oznacza, że niewielka część leku dociera do jąder nowotworowych w stanie nienaruszonym9.

Pikoplatyna to jednojądrzasty lek na bazie platyny, który zawiera ligand 2-metylopirydyny (Schemat 1)13. Grupa metylowa tego leku chroni go przed atakiem biologicznych nukleofilów; w szczególności cysteina i metionina zawierające peptydy/białka14-16. W związku z tym lek jest dość stabilny i ma znacznie wyższe stężenie, które dociera do jąder nowotworowych w porównaniu zarówno z BBR3464, jak i cisplatyną17. Jego zmniejszona reaktywność oznacza również, że pikoplatyna ma wyższą maksymalną tolerowaną dawkę w porównaniu z BBR3464 i cisplatyną10,18,19.

Ten projekt miał na celu połączenie właściwości BBR3464 i pikoplatyny w celu wytworzenia nowych leków, które są w stanie przezwyciężyć nabytą oporność, które wykazują lepszą stabilność biologiczną i mniej poważne skutki uboczne (np. Rysunek 1). W tym celu przygotowano szereg dwupierścieniowych kompleksów platynowych z ligandami łączącymi bispirydynę20. Ligandy są wytwarzane w reakcjach sprzęgania amidowego z kwasem izonikotynowym lub jego pochodnymi, takimi jak kwas 2-metylo-izonikotynowy, diaminoalkanami o zmiennej długości. Reakcja jednego molowego odpowiednika ligandów z dwoma molowymi odpowiednikami transplatyny daje pożądane kompleksy platyny (schemat 1).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza N,N'-(alkan-1,n-diyl)diizonikotynamidu

  1. Wysuszyć kolbę z pojedynczą lub trójszyjką z okrągłym dnem w piekarniku (100 ºC, 1 godz.), aby upewnić się, że cała wilgoć została usunięta.
  2. Dodać stały kwas izonikotynowy lub jego pochodną do kolby wraz z mieszadłem magnetycznym. Jeżeli ligand(-y) diaminoalkanu są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, wówczas na tym etapie do kolby dodaje się 0,5 mola (do liczby moli kwasu izonikotynowego).
  3. Przykryć szyjkę (szyjki) kolby gumowymi przegrodami i zastąpić powietrze w kolbie azotem albo poprzez ciągły strumień azotu, albo poprzez użycie balonów wypełnionych azotem.
  4. Za pomocą igły podskórnej i strzykawki dodać bezwodny dimetyloformamid lub dimetylosulfotlenek (4 ml na 500 mg kwasu izonikotynowego lub kwasu 2-metylo-izonikotynowego) w celu rozpuszczenia ciała stałego. Jeśli ciała stałe nie rozpuszczają się łatwo, delikatnie podgrzej roztwór.
  5. Dodać 7 ekwiwalentów molowych (do ilości użytego kwasu izonikotynowego) trietyloaminy (słabej zasady) i 0,5 ekwiwalentu molowego diaminoalkanu. Jeśli roztwór jest cieczą w temperaturze pokojowej, dodaj 1,5 ekwiwalentu mola.
  6. Dodać jeden molowy ekwiwalent bezwodnika 1-propylofosfonowego (czynnik sprzęgający) ciągle mieszając i pozostawić reakcję do zakończenia w ciągu 5-12 godzin.

2. Oczyszczanie ligandów

  1. W przypadku ligandów bispirydynowych wykonanych przy użyciu ligandów diaminoalkanowych z 10 lub więcej grupami metylenowymi należy poczekać, aż produkty wytrącą się z roztworu w miarę postępu reakcji.
  2. W przypadku ligandów bispirydynowych wykonanych przy użyciu diaminooktanu należy wytrącić produkt, dodając ~40 ml wody.
  3. W przypadku bispirydyny wytwarzanej przy użyciu diaminoalkanów o dwóch do sześciu grupach metylenowych dodaj ~40 ml wody i pozwól związkom skrystalizować w ciągu 1-3 dni.
  4. Zebrać każdy ligand bispirydyny przez filtrację próżniową i rekrystalizować z około 400-500 ml wrzącej wody na 200 mg ligandu. Uwaga: W przypadku dłuższych ligandów bispirydyny potrzeba więcej wody ze względu na ich znacznie obniżoną rozpuszczalność w wodzie.
  5. Dodaj NaOH i KOH (pH 9) do roztworu, aby upewnić się, że związki są wolnymi zasadami po rekrystalizacji.

3. Synteza i oczyszczanie dwujądrowych kompleksów platynowych

  1. Całkowicie rozpuścić trans-diamminodichloridoplatinum(II), transplatynę, w gorącej (70-80 ºC) wodzie (150 ml na 200 mg transplatyny) w celu uzyskania klarownego, silnie żółtego roztworu.
  2. Dodać 0,5 mola równoważnika ligandu bispirydyny i mieszać roztwór w temperaturze, aż ligand się rozpuści (klarowny roztwór). Poczekaj, aż roztwór stanie się prawie bezbarwny, wyłącz ogień i mieszaj w temperaturze pokojowej przez kilka dodatkowych godzin.
  3. Usuń rozpuszczalnik przez odparowanie obrotowe, co da żółty proszek.
  4. Oczyść kompleks(y) platyny przez rozpuszczenie w minimalnej ilości ciepłej wody (~50 ºC). Jeśli obecne są pozostałe żółte lub białe ciała stałe, odfiltruj je.
  5. Dodawać aceton do roztworu, aż utworzy się biały osad, który wydaje się być polimeryczną formą kompleksów metali i stanowi do 10% produktu reakcji. Kontynuuj dodawanie acetonu (~ dodatkowe 20-30 ml), aż nie pojawi się już osad. Uwaga: ten biały osad jest zanieczyszczeniem.
  6. Usuń ten osad, filtrując zawartość przez nylonową bibułę filtracyjną (wielkość porów 0,2 μm) i obrotowe odparowanie pozostałego roztworu do sucha, co da czysty produkt. Uwaga: W razie potrzeby można wykonać dodatkowe etapy wytrącania acetonu, aż kompleks będzie czysty.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ligandy bispirydyny i odpowiadające im dwujądrowe kompleksy platynowe charakteryzują się 1 H, 13C i 195Pt NMR (Tabele 1 i 2) oraz spektroskopii mas z jonizacją elektrorozpylaną. Dokładne temperatury topnienia można określić za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej, a czystość najlepiej określić za pomocą analizy elementarnej dla procentowej zawartości C, H i N. Najczęściej stosowany jest 1H NMR, ponieważ jest szybki i łatwy w użyciu, dając...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tej pracy zsyntetyzowano dwujądrowe kompleksy platyny jako potencjalne środki przeciwnowotworowe. W ten sposób zsyntetyzowano ligandy mostkujące bispirydynę w reakcji sprzęgania amidowego z użyciem kwasu izonikotynowego i diaminoalkanów o zmiennej długości. Wcześniej opisywano syntezę ligandów bispirydyny i ich analogów metylu z 2 do 8 grupami metylenowymi i odpowiadającymi im kompleksami platyny. W niniejszej pracy metoda syntezy i oczyszczania została zrewidowana tak, aby była szybsza i tańsza, co wykazano poprzez sy...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
D2OAldrich15188299,9% D
DMSO-d6Aldrich15691499,96% D
1,8-diaminooktanAldrichD2240198%
1,10-diaminodecaneAldrichD1420498%
1,12-diaminododekanAldrichD1,640-198%
Kwas izonikotynowyAldrichI1750899%
1-propylofosfonowy roztwór bezwodnikaAldrich43130350% wag. w octanie etylu
Trans-diaminodichloridoplatinum(II)AldrichP1525
DimethylsulfoxideSigma-AldrichZ76855>99,9%, bezwodny
N,N' -dimetyloformamidSigma-Aldrich22705699,8%, bezwodny
TrietyloaminaSigma-AldrichT0886>99%
Nylonowe membrany filtracyjneWhatman7402-004Wielkość porów, 0,2 i mikro; m
Magnetyczna płyta
Mieszadło magnetyczne 
Kolba
Przegrody gumowe o wielkości wystarczającej do wybranej kolby
Strzykawki
Igły
Gumowe balony
Gumki
N2
Parownik
Piec
Probówki NMR Spektrometr
NMR
Zlewki
Pipety szklane lub plastikowe
grzejna do mieszaniaokrągłodenna lub trójszyjkowaokrągłodennej lub trójszyjkowejpodskórne 5 mlpodskórneimprezoweŹródło gazu obrotowydo suszenia500 ml

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wheate, N. J., Walker, S., Craig, G. E., Oun, R. The status of platinum anticancer drugs in the clinic and in clinical trials. Dalton Trans. 39, 8113-8127 (2010).
  2. Kiernan, M. C. The pain with platinum: oxaliplatin and neuropathy. Eur. J. Cancer. 43, 2631-2633 (2007).
  3. Markman, M., et al. Clinical features of hypersensitivity reactions to carboplatin. J Clin. Oncol. 17, 1141-1145 (1999).
  4. Ding, D., Allman, B. L., Salvi, R. Review: Ototoxic characteristics of platinum antitumor drugs. Anatomical Rec. 295, 1851-1867 (2012).
  5. Galluzzi, L., et al. Molecular mechanisms of cisplatin resistance. Oncogene. 31, 1869-1883 (2012).
  6. Park, G. Y., Wilson, J. J., Song, Y., Lippard, S. J. Phenanthriplatin, a monofunctional DNA-binding platinum anticancer drug candidate with unusual potency and cellular activity profile. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 11987-11992 (2012).
  7. Moghaddas, S., et al. next generation platinum antitumor agents: A paradigm shift in designing and defining molecular targets. Inorg. Chim. Acta. 393, 173-181 (2012).
  8. Farrell, N. P. Platinum formulations as anticancer drugs clinical and pre-clinical studies. Curr. Top. Med. Chem. 11, 2623-2631 (2011).
  9. Wheate, N. J., Collins, J. G. Multi-nuclear platinum complexes as anti-cancer drugs. Coord. Chem. Rev. 241, 133-145 (2003).
  10. Gourley, C., et al. A phase I study of the trinuclear platinum compound, BBR3464, in combination with protracted venous infusional 5-fluorouracil in patients with advanced cancer. Cancer Chemoth. Pharmacol. 53, 95-101 (2004).
  11. Calvert, A. H., et al. Phase II clinical study of BBR3464, a novel, bifunctional platinum analogue, in patients with advanced ovarian cancer. Eur. J. Cancer. 37, (2001).
  12. Jodrell, D. I., et al. Phase II studies with BBR3464, a novel tri-nuclear platinum complex, in patients with gastric or gastro-oesophageal adenocarcinoma. Eur. J. Cancer. 40, 1872-1877 (2004).
  13. William, W. N., Glisson, B. S. Novel strategies for the treatment of small-cell lung carcinoma. Nat. Rev. Clin. Oncol. 8, 611-619 (2011).
  14. Raynaud, F., et al. cis-Amminedichloro(2-methylpyridine) Platinum(II) (AMD473), a novel sterically hindered platinum complex: In vivo activity, toxicology, and pharmacokinetics in mice. Clin. Cancer Res. 3, 2063-2074 (1997).
  15. Holford, J., et al. biochemical and pharmacological activity of the novel sterically hindered platinum co-ordination complex cis-[amminedichloro(2-methylpyridine)] platinum(II) (AMD473). Anti-Cancer Drug Des. 13, 1-18 (1998).
  16. Munk, V. P., et al. Investigations into the interactions between DNA and conformationally constrained pyridylamine platinum(II) analogues of AMD473. Inorg. Chem. 42, 3582-3590 (2003).
  17. Wheate, N. J., Collins, J. G. Multi-nuclear platinum drugs: A new paradigm in chemotherapy. Curr. Med. Chem. - Anti-Cancer Agents. 5, 267-279 (2005).
  18. Beale, P., et al. A phase I clinical and pharmacological study of cis-diamminedichloro(2-methylpyridine) platinumm II (AMD473). British journal of cancer. 88, 1128-1134 (2003).
  19. Sessa, C., et al. Clinical and pharmacological phase I study with accelerated titration design of a daily times five schedule of BBR3464, a novel cationic triplatinum complex. Ann. Oncol. 11, 977-983 (2000).
  20. Brown, S. D., et al. Combining aspects of the platinum anticancer drugs picoplatin and BBR3464 to synthesize a new family of sterically hindered dinuclear complexes; their synthesis, binding kinetics and cytotoxicity. Dalton Trans. 41, 11330-11339 (2012).
  21. Still, B. M., Anil Kumar, P. G., Aldrich-Wright, J. R., Price, W. S. 195Pt NMR - Theory and application. Chem. Soc. Rev. 36, 665-686 (2007).
  22. Wheate, N. J., Cullinane, C., Webster, L. K., Collins, J. G. Synthesis, cytotoxicity, cell uptake and DNA interstrand cross-linking of 4,4'-dipyrazolylmethane-linked multinuclear platinum anti-cancer complexes. Anti-Cancer Drug Des. 16, 91-98 (2001).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ligandy bispirydynowekompleksowanie platynyanaliza NMR protonowegooczyszczanie ligandukoordynacja transplatynywytr canie frakcjonowanebezwodny DMSOtrietyloamina jako zasada

Powiązane artykuły