CZ301772B6

CZ301772B6 - Alfa-cyklodextrinový dimer, zpusob jeho prípravy a jeho použití

Info

Publication number: CZ301772B6
Application number: CZ20060734A
Authority: CZ
Inventors: Kraus@Tomáš; Kumprecht@Lukáš; Budešínský@Miloš
Original assignee: Ústav organické chemie a biochemie AV CR
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2010-06-16
Also published as: CZ2006734A3

Abstract

Rešení se týká alfa-cyklodextrinového dimeru vzorce V spojeného disulfidovými vazbami v polohách C6.sup.I.n.-C6.sup.I'.n. a C6.sup.IV.n.-C6.sup.IV'.n., zpusobu jeho prípravy a jeho využití pro komplexace organických molekul a jejich opetovné uvolnení pusobením redukujících thiolu. Tento dimer vzorce V muže být zvlášte užitecný pro cílenou dopravu léciv s vhodnou strukturou.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká cyklodextrinového dimeru, ve kterém jsou dva alfa-cyklodextrínové makrocykly spojeny disulfidovými vazbami v polohách C6^l-C6^l a C6^IV-C6^IV, způsobu jeho přípravy, schopnosti komplexovat organické molekuly uvnitř dutiny dimeru a opětovně je uvolnit působením redukčních činidel, zejména L-glutathionu.

Dosavadní stav techniky

Cyklodextríny (alfa, beta a gama) jsou využívány v řadě průmyslových odvětví pro komplexaci organických molekul. Ve farmaceutickém průmyslu jsou komplexy cyklodextrinů využívány ke zvýšení rozpustnosti látek, které jsou samotné ve vodném prostředí velmi málo rozpustné, dále pak k postupnému uvolňování komplexovaného léčiva po aplikaci pacientovi. Průměrná konstanta stability komplexu cyklodextrinů s molekulou látky, která svými rozměry odpovídá rozměrům vnitřní kavity, je K=Kr^,5±l‘^l M‘^l (Houk K.. N.; Leach A. G.; Kim S. P.; Zhang X. Angew. Chem.

Int. Ed. 2003, 42, 4872). Tyto komplexy jsou za fyziologicky relevantních podmínek (menší než milimolámí koncentrace) velmi rychle úplně disociovány, což brání rozvoji jejich dalších aplikací, např. využití jako nosičů pro cílenou dopravu léčiv. Proto bylo věnováno značné úsilí zvětšení vnitřního povrchu kavity cyklodextrinů jejich dimerizací a tím stabilizování hostující molekuly v kavitě silnější hydrofobní interakcí (Slíwa W.; Girek T.; Koziol 1, J. Curr. Org. Chem. 2004, 8,

1445,). V řadě publikovaných prací využívají autoři pro dimerací kavit alfa- nebo beta-cyklodextrinú jednu spojku různé délky. Přestože ojediněle tyto experimenty naznačily, že dimery skutečně mohou vázat organické molekuly s vazebnou konstantou až o několik řádů vyšší než nativní cyklodextríny, v řadě jiných případů konformaění flexibilita jednoduchého spojení způsobuje, že obě kavity při komplexaci hostující molekuly nekooperují a vzniká tak komplex se stechiometrií cyklodextrin - host 1:2 s nízkou konstantou stability. Pokusy o vyřešení tohoto nedostatku vedly k zavedení dalšího můstku, který spojuje sousední glukózové jednotky. Tím je ale umožněn vznik dvou stereoizomerů, z nichž ten, který je schopen kooperativně váizat hosta v kavitě, ze sférických důvodů není preferován a v popsaných případech se jej vůbec nepodařilo izolovat, nebo vznikl pouze v minoritním zastoupení (Breslow R.; ChungS. J. Am. Chem. Soc.

1990, 112, 9659). Proto je žádoucí nalézt metodu umožňující snadný syntetický přístup k rigidně spojeným cyklodextrinovým dimerům a prozkoumat jejich schopnosti komplexovat organické molekuly. Dále je výhodné navrhnout spojky mezi cyklodextrinovými makrocykly tak, aby mohly být později vnějším stimulem rozštěpeny, což by vedlo k destabilizaci celého komplexu a uvolnění hostující molekuly do okolního prostředí.

- 1 CZ 301772 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky popsaného způsobu techniky prakticky odstraňuje sloučenina

vzorce V podle vynálezu, v níž jsou dva alfa-cyklodextrinové makrocykly spojeny disulfidovými vazbami v polohách Có^ó¹ a C6^IV-C6^IV.

Dalším předmětem vynálezu je způsob výroby sloučeniny vzorce V, při kterém je výchozí látkou 2^I,2^II,2^III,2^lv,2^v,2^VI,3^l,3ⁿ,3ⁿⁱ,3^IV,3^v,3^vl,ó^lI,6^,1I,6^v,6^vl-hexadekakis-ť7-benzyRx-cyklodextrin vzorce I.

Ten se působením bromačního činidla, s výhodou použitím tetrabrommethanu a trifenylfosfinu, ve vhodném rozpouštědle, s výhodou v dimethylformamidu, převede na 2^l,2^II,2^1II,2^lv,2^v,2^vl,3^I,3^ll>3^I,3^lv,3^v,3^vl-dodekakis-O-benzyl-6^l,6^lv-dibrom-6^l,6^IV-dÍdeoxy-acyklodextrin strukturního vzorce II.

-2CL JW1 / ií DO

V následujícím kroku se chránící skupiny v látce Π odstraní, s výhodou katalytickou hydrogenací za přítomnosti paladia na aktivním uhlí jako katalyzátoru a vodíku. Vzniká tak derivát 6’,6^iVdibrom-6’,6^IV-dideoxy-Ot“Cyklodextrin strukturního vzorce ΙΠ.

Derivát ΓΠ pak reakcí s thiomočovinou nebo thiooctanem draselným a následnou bazickou hydrolýzou, s výhodou hydroxidem sodným ve směsi voda - ethanol, poskytne 6\6^iv-dideoxy10 6^[,6^lv-disulfanyl-a-cyklodextrin IV.

Derivát IV je poté oxidován v bazickém prostředí, s výhodou za podmínek vzdušné oxidace ve 15 vodném octanu amonném při pH 9, čímž se převede na dimer strukturního vzorce V.

Dalším předmětem vynálezu je zjištění schopnosti dimeru V velmi pevně vázat ve vodných roz20 tocích látky, jejichž rozměry odpovídají rozměrům vnitřní kavíty. Jsou to např. látky obecného

-3CZ 301772 B6 vzorce VI, jakož i nenasycené lineární uhlovodíky s počtem uhlíků pět a více ajejich deriváty, dále pak cyklické uhlovodíky ajejich deriváty a heterocyklické sloučeniny včetně jejich derivátů.

R¹-(CHjX,—R³ R',R² = OH,COOH,NH₂

VI n = 8-20

Dalším předmětem vynálezu je štěpení dimeru V a jeho komplexů s jinými látkami působením redukčních činidel, s výhodou L-glutathionem, za vzniku disulfanyl derivátu IV (popř. dalších směsných disuífidů) a uvolnění komplexované molekuly do okolního prostředí. Tímto způsobem io je možné regulovat uvolnění komplexované molekuly vnějším stimulem.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Příprava 2^,,2)2^l,2^lv,2^v,2^vl,3',3>3^l,3^lv,3^v,3^vl-dodekakis-O-benzyl-6^l,6^lv-dibrom-6^l,6^lv-dideoxy-a-cyklodextrinu (II)

Ve Schlenkově zkumavce byly pod atmosférou argonu postupně rozpuštěny za míchání látky vzorce I (2 g, 0,83 mmol), trifenylfosfin (1,15 g, 4,38 mmol) a tetrabrommethan (1,44 g, 4,34 mmol) v bezvodém DMF (24,4 ml). Reakční směs byla zahřívána na 75 °C po dobu 12 hodin a poté ukončena ochlazením na pokojovou teplotu a přikapáním methanolu (0,5 ml).

Z reakční směsi byly odpařeny solventy na vakuové odparce. Odparek byl vytrepán ve směsi chloroformu (500 ml) a vody (300 ml). Organická fáze byla promyta vodou (4 x 300 ml), poté sušena bezvodým síranem sodným, zfiltrována a odpařena na vakuové odparce. Surový produkt byl čištěn sloupcovou chromatografií (150 g silikagelu, izokratická eluce směsí toluen/aceton 99 : 1). Získaný produkt vzorce II byl po odpaření rozpouštědel a sušení za sníženého tlaku získán ve formě pěny (1,81 g, 86 %).

Příklad 2

Příprava ó^ó^-dibrom-ó^ó^-dideoxy-a-cyklodextrinu (ΙΠ)

Ve směsi DMF a ethanolu (40 ml, 1 : 1) byla rozpuštěna látka vzorce II (500 mg, 0,20 mmol) a přidán katalyzátor Pd/C (10 % w/w, 125 mg). Směs byla po probublání argonem vložena ve skleněné nádobě do autoklávu a míchána po dobu 4 hodin při tlaku 40 atmosfér vodíku (tj.

4,053 MPa). Poté byl katalyzátor separován centrifugací. Na vakuové odparce byla směs odpařena dosucha, následně rozpuštěna ve směsi ethanolu a vody (20 ml, 1 : 1) a zfiltrována přes sloupec silikagelu s reverzní fází (3 g). Odpařením rozpouštědel na vakuové odparce a byl získán produkt vzorce III (205 mg, 93 %).

Příklad 3

Příprava 6^I,6^lv-dideoxy--6¹,6^IV-dÍsulfanyl-a-cyklodextrinu (IV)

Ve Schlenkově zkumavce byla ve směsi ethanolu a vody (15 ml, 7 : 3) za míchání rozpuštěna látka vzorce III (509 mg, 0,463 mmol) a thiomoČovina (543 mg, 7,13 mmol). Směs byla od vzdušněna třikrát po sobě provedeným vakuum-argonovým cyklem a poté byla za míchání zahřívána na teplotu 75 °C. Po 12 hodinách byla směs pod argonem ochlazena na teplotu 0 až 5 °C. Poté byl přes septum do reakční směsí přikapán 10 % vodný roztok hydroxidu sodného

-4CL JUi //X DO (3,0 ml, 7,5 mmol). Třikrát provedeným vakuum-argonovým cyklem byla reakční směs zbavena kyslíku a schlenkova zkumavka byla zahřívána při teplotě 75 °C po dobu 12 hodin. Směs byla následně ponechána ochladnout na laboratorní teplotu a byl přidán tetrahydridoboritan sodný (36 mg, 0,95 mmol). Po půl hodině byla směs okyselena 1M kyselinou chlorovodíkovou na hod5 notu pH 5 a zfiltrována přes sloupec silikagelu s reverzní fází (3 g). Sloupec byl promyt směsí methanolu a vody v poměru 3 : 7. Na vakuové odparce byl filtrát odpařen na čtvrtinu objemu a čištěn sloupcovou chromatografn na HPLC koloně (250 x 21 mm, silikagel s reverzní fází) s gradientovou elucí (ze směsi methanol/voda/trifluoroctová kyselina 10:89,9: 0,1 do směsi 25 :74,9: 0,1). Spojené frakce byly odpařeny na vakuové odparce a byl získán bílý produkt io (262 mg, 56 %).

Příklad 4

Příprava 6\6^lv-dideoxy-ó\6^,v-disulfanyl-<i-cyklodextrinu (IV) (varianta s použitím thiooctanu draselného jako činidla)

Ve Schlenkově zkumavce byla ve směsi ethanolu a vody (15 ml, 7 : 3) za míchání rozpuštěna látka vzorce ΠΙ (509 mg, 0,463 mmol) a thiooctan draselný (577 mg, 5,06 mmol). Směs byla odvzdušněna třikrát po sobě provedeným vakuum-argonovým cyklem a poté byla za míchání zahřívána na teplotu 75 °C. Po 12 hodinách byla směs pod argonem ochlazena na teplotu 0 až 5 °C. Poté byl přes septum do reakění směsi přikapán 10 % vodný roztok hydroxidu sodného (3,0 ml, 7,5 mmol). Třikrát provedeným vakuum-argonovým cyklem byla reakční směs zbavena kyslíku a schlenkova zkumavka byla zahřívána při teplotě 75 °C po dobu 12 hodin. Směs byla následně ponechána ochladnout na laboratorní teplotu a byl přidán tetrahydridoboritan sodný (36 mg, 0,95 mmol). Po půl hodině byla směs okyselena 1M kyselinou chlorovodíkovou na hodnotu pH 5 a zfiltrována přes sloupec silikagelu s reverzní fází (3 g). Sloupec byl promyt směsí methanolu a vody v poměru 3 : 7. Na vakuové odparce byl filtrát odpařen na čtvrtinu objemu a čištěn sloupcovou chromatografií na HPLC koloně (250 x 21 mm, silikagel s reverzní fází) s gradientovou elucí (ze směsi methanol/voda/trifluoroctová kyselina 10:89,9: 0,1 do směsi 25 : 74,9 : 0,1). Odpařením spojených frakcí obsahujících žádanou látku byl získán produkt vzorce IV ve formě bílého prášku (337 mg, 72 %).

Příklad 5

Příprava dimeru α-cyklodextrinu (V)

Derivát vzorce IV (134 mg, 0,133 mmol) byl rozpuštěn ve směsi 0,05 M vodného roztoku octanu amonného (25 ml, pH 9) a acetonitrilu (2 ml). Reakění směs byla míchána 48 hodin za laboratorní teploty. Vyloučený precipitát produktu byl od roztoku oddělen filtrací přes frítu a posléze sušen za sníženého tlaku při 40 °C. Filtrát byl odpařen na poloviční objem na vakuové odparce a nanesen na kolonu (250 χ 21 mm, silikagel s reverzní fází). Následná gradientová eluce (ze směsi acetonitril/voda 5 : 95 do směsi 10 : 90) po odpaření frakcí poskytla druhý podíl produktu.

Podíly produktu získaného filtrací reakění směsí a chromatografií filtrátu byly spojeny a rekrystalizovány z vroucí vody. Po 24 hodinách byl roztok zfiltrován přes fritu a získaný krystalický produkt byl sušen za sníženého tlaku. Získaný materiál (124 mg, 93 %) je bezbarvá krystalická látka (b.t. > 200 °C, s rozkladem).

-5CZ 301772 B6

Příklad 6

Komplex dimem V s 1,10 dekandiolem

Dimer vzorce V (20 mg, 0,01 mmol) byl rozpuštěn ve vodě (10 ml), následně byl přidán 1,10— dekandiol (1,74 mg, 0,01 mmol) a směs byla za míchání zahřáta k varu. Poté byla reakční směs ponechána za míchání chladnout na pokojovou teplotu. Výsledný roztok byl odpařen a po vysušení za sníženého tlaku byl izolován komplex obou látek (21,7 mg).

Příklad 7

Stanovení vazebné konstanty komplexu dimeru V s 1,10 dekandiolem

V titračním mikrokalorimetru Microcal* byl roztok 1,10 dekandiolu o koncentraci 10' ⁵ M v 0,01 M fosfátovém pufru při pH 6,4 titrován roztokem dimeru V o koncentraci 10 ⁴ M v témže pufru. Dekonvolucí vazebné izothermy byla získána vazebná konstanta komplexu obou látek 4,2 x 10^óM“¹.

Příklad 8

Štěpení dimeru V L-glutathionem

Dimer vzorce V rozpuštěný ve roztoku 10 mM fosfátového pufru v deuterium oxidu o koncentraci 1 mM (0,25 ml, 2,5x10 ⁷ mol) při pH 7 byl pod inertní atmosférou argonu smíchán s 4 mM roztokem L-glutathionu (0,25 ml, 1,0x10 ⁶ mol). Směs byla pod atmosférou argonu ponechána reagovat 48 hod. Posléze byla analyzována ’HNMR spektroskopií. Integrací *HNMR signálů bylo vypočítáno zastoupení složek ve směsi, ze kterého vyplynulo, že 91% dimeru bylo působením glutathionu rozštěpeno.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Alfa-cyklodextrinový dimer vzorce V

^c\ o ° l ^OH

HO _H0 , -OH
2. působ přípravy alfa-cyklodextrinového dimeru vzorce V podle nároku 1, vyznačující 10 se tím, že výchozí sloučenina 2^I,2^u,2^nl,2^,v,2^v,2''^l,3¹,3,3“',3^IV>3^v,3^v'.6^II,6'ⁿ,6^v>6^VI-hexadekakis-O-benzyl-a-cyklodextrin vzorce I

15 je působením bromačního činidla ve vhodném rozpouštědle převeden na

2^I,2ⁿ,2^III,2^IV,2^v,2^VI,3^I,3ⁿ,3ⁿⁱ,3^IV,3^v,3^VI-dodekakís-C>-benzyl-ó^I,6^IV-dibr0m“óⁱ,6^lv-did_e0xy-acyklodextrin vzorce II z něhož jsou v dalším kroku odstraněny chránící skupiny, čímž vzniká óLó^-dibrom-óLó^{15 * 17}dideoxy-a-cyklodextrin vzorce III

-7CZ 301772 B6 který je ponechán reagovat s thiomočovinou nebo thiooctanem draselným a následnou bazickou 5 hydrolýzou je získán ó^ó^-dideoxy-ó^ó^-disulfanyl-α-cyklodextrin IV který je poté oxidován v bazickém prostředí, čímž se převede na dimer vzorce V
3, Způsob přípravy podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že se jako bromační činidlo používá tetrabrommethan s trifenylfosfmem.
4, Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že se jako rozpouštědlo používá dimethylformamid.
5, Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároků 2až4, vyznačující se tím, že se 20 pro odstranění chránící skupiny používá katalytická hydrogenace.

-8jui//x no
6. Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároku 5, vyznačující se tím, že se jako katalytická hydrogenace používá katalytická hydrogenace za přítomnosti paladia na aktivním uhlí jako katalyzátoru a vodíku.
7. Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároků 2až6, vyznačující se tím, že se bazická hydrolýza provádí hydroxidem sodným ve směsi voda-ethanol.
8. Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároků 2až7, vyznačující se tím, že se io jako oxidace v bazickém prostředí používá vzdušná oxidace ve vodném roztoku octanu amonného při pH 9.
9. Způsob přípravy podle kteréhokoliv z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že sloučenina vzorce ΙΠ nechá zreagovat s thiooctanem draselným a následnou bazickou hydrolýzou

15 vznikne produkt IV.
10. Použití dimeru V definovaného v nároku 1 pro komplexaci molekul organických látek, zejména léčiv.

20 11. Způsob štěpení alfa-cyklodextrinového dimeru vzorce V definovaného v nároku 1, vyznačující se tím, že se na komplex dimeru vzorce V, obsahující v dutině organickou látku, působí redukujícími thioly, čímž dojde k uvolnění komplexované látky z dutiny dimeru.

25 12. Způsob Štěpení podle nároku 11, vyznačující se tím, že se jako redukující thiol používá L-glutathion.