Riassunto analitico
Il recettore serotoninergico 5-HT1A è un target terapeutico di estremo interesse nella drug discovery, dato il suo coinvolgimento nella patogenesi di diversi stati morbosi. In particolare, agonisti/antagonisti 5-HT1A trovano impiego nel trattamento di ansia, depressione, schizofrenia, disordini neurodegenerativi (Parkinson ed Alzheimer), infarto, cancro e anche dell’Inflammatory Bowel Disease (IBD). Più recentemente, inoltre, è stato osservato come agonisti 5-HT1A possano costituire un nuovo tool farmacologico nella terapia del dolore e, se somministrati in concomitanza ai farmaci oppioidi, essere un valido ausilio nel loro impiego in virtù della capacità di ridurne gli effetti collaterali a lungo termine (tolleranza, iperalgesia, dipendenza). Partendo dai risultati ottenuti da test biologici in vitro su un’ampia serie di composti 1,3-diossolanici, il mio progetto di tesi si è rivolto alla sintesi stereospecifica di una delle due coppie diasteroisomeriche della ((2,2-difenil-1,3-diossolan-4-il)metil)-2-((2-metossifenossi)metil)pirrolidina che ha due carboni chirali: il C-4 diossolanico ed il C-2 pirrolidinico. Tra i quattro stereoisomeri testati, solo l’enantiomero S;R è risultato quello più attivo (pKi 8.25, pD2 7.45, Emax 97.5) e selettivo (pKi alfa1 < 6) nei confronti del recettore 5-HT1A. Durante un precedente progetto di tesi, in cui sono stati sintetizzati per la prima volta i quattro stereoisomeri pirrolidinici, fu rilevata la sistematica formazione di un co-prodotto nell’ultimo step della via di sintesi. La caratterizzazione strutturale mediante spettroscopia NMR ha poi permesso di identificarlo come analogo piperidinico. La reazione di Mitsunobu dell’ultimo step, pur fornendo rese medio-basse, è stata quella dapprima adottata anche in questo lavoro per ottenere una delle due coppie diasteroisomeriche di tipo piperidinico. Questo perchè, anche nel caso dei quattro stereoisomeri piperidinici, solo uno di essi mostra una discreta affinità per il recettore 5-HT1A (pKi 7.24, pD2 6.24, Emax 72.2), cioè quello proveniente dalla sintesi della pirrolidina S;S. L’ottenimento di idonei cristalli dai sali dei due enantiomeri piperidinici consentirebbe, quindi, di effettuare studi di difrattometria ai raggi X per assegnare la configurazione assoluta al C-3 della piperidina. Secondo il meccanismo di apertura ipotizzato per l’anello pirrolidinico, la sua successiva chiusura ad anello piperidinico non assicurerebbe un’assegnazione certa a questo stereocentro. In base allo schema retrosintetico adottato anche da me, le porzioni 1,3-diossolanica e 2-idrossimetil-pirrolidinica vengono condensate mediante una sostituzione nucleofila (SN) compatibile con una sintesi stereospecifica, a cui segue l’attacco del guaiacolo all’ossidrile in posizione 2 della pirrolidina. A questo riguardo, per aumentare la resa finale della via di sintesi, la reazione di Mitsunobu è stata poi sostituita da una SN2 condotta nel forno a microonde con catalisi basica mediante cesio carbonato. Infine, data la difficoltà riscontrata in passato con i vari tentativi fatti per avere buoni cristalli dai due ossalati piperidinici e la scarsa stabilità di quelli pirrolidinici S;S ed R;R, si è pensato, oltre a quel tipo di sale, di produrre, in alternativa, fumarati, tartrati, citrati, malonati nella speranza di ottenere una migliore e più stabile architettura cristallina. Questo e la recente variazione apportata all’ultimo step della via di sintesi saranno, per questioni di tempo, oggetto di un più approfondito studio in una prossima tesi sperimentale. La caratterizzazione strutturale di tutti i nuovi composti ottenuti in questo lavoro è stata da me effettuata mediante analisi NMR (Nuclear Magnetic Resonance) eseguite presso il C.I.G.S. di Unimore.
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Abstract
Serotonergic 5-HT1A receptor represents an attractive target in drug discovery because it is involved in several pathologies. In particular, 5-HT1A agonists/antagonists are useful for the treatment of anxiety, depression, schizophrenia, neurodegenerative diseases (Parkinson and Alzheimer), ischemic stroke, cancer and in the Inflammatory Bowel Disease (IBD). Recently, 5-HT1A agonists are reported to be a new pharmacological tool in pain relief therapy. Furthermore they would be a good aid in the reduction of opiates long-term side effects (tolerance, hyperalgesia, dependence) if administered concomitantly. Starting from results obtained from in vitro tests on a large series of dioxolane-based compounds, my thesis project was focused on the stereospecific synthesis of one diastereomeric couple of the ((2,2-diphenyl-1,3-dioxolan-4-yl)methyl)-2-((2-methoxyphenoxy)methyl)-pyrrolidine that has two chiral carbons: dioxolane C-4 and pyrrolidine C-2. Among the four stereoisomers tested for the 5-HT1A receptor affinity, only the S;R enantiomer is the most active (pKi 8.25, pD2 7.45, Emax 97.5) and selective (pKi alpha1 < 6). During the previous thesis work, the four pyrrolidine stereoisomers were synthesized for the first time and a co-product was always detected and isolated in the last reaction step. The structural characterization by NMR spectrometry allowed the identification of this compound as a piperidine analogue. The Mitsunobu reaction, although it provides medium to low yields, was also the first adopted in this work in order to obtain again only one of the two piperidine diasteromeric couple. Similarly to the pyrrolidine derivatives, only the piperidine stereoisomer, produced together with the S;S pyrrolidine one, shows a quite good 5-HT1A affinity (pKi 7.24, pD2 6.24, Emax 72.2). X-ray diffractometric studies are necessary to assign the absolute configuration to the piperidine C-3. According to the hypothesized mechanism on the pyrrolidine ring opening, that generates the piperidine one during its closing, it is not possible to assign unambiguously that configuration. Obtaining suitable crystals of the two piperidine enantiomers salts would allow this kind of analysis. Based on the retrosynthetic scheme adopted both in the previous and in my work, the 1,3-dioxolane and the 2-hydroxymethyl-pyrrolidine moieties were condensed by a nucleophilic substitution (SN) in a stereospecific way. Then the guaiacol reacts with the hydroxyl group in position 2 of the pyrrolidine via Mitsunobu (M.) reaction. In the second part of my work, with the aim to increase the final yield of the synthetic pathway, a SN2 conducted in the microwave oven, with the cesium carbonate catalysis, replaced the M. reaction. The difficult production of the two piperidine oxalate crystals encountered in the past, together with the poor stability of the S;S and R;R pyrrolidine ones, have suggested to synthetize alternative salts such as fumarates, tartrates, citrates and malonates with the hope to obtain a more stable crystalline structure. This and the recent change made to the last synthetic step will be in-depth studied in the next experimental thesis. The structural characterization of all new compounds that I synthesized was performed by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) analyses conducted at C.I.G.S-Unimore.
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