Zur Entwicklung neuer. aza-analoger Benzo[c]phenanthridine. mit antitumoraler Wirkung

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1 Zur Entwicklung neuer aza-analoger Benzo[c]phenanthridine mit antitumoraler Wirkung Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Mathematisch Naturwissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel vorgelegt von Christopher Meier Kiel

2 Inhaltsverzeichnis 11 INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS STRUKTURFORMELVERZEICHNIS VI IX 1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG Maligne Tumorerkrankungen Therapieoptionen bei Krebs Allgemeine Therapiemöglichkeiten Hemmstoffe humaner Topoisomerasen I und II Benzo[c]phenanthridine Natürlich vorkommende Benzo[c]phenanthridin-Alkaloide Aktuelle Topoisomerase-Hemiratoffe abgeleitet von Benzo[c]phenanthridinen Aminobenzo(c]phenanthridine Stickstoffhaltige Tetrazyklen abgeleitet vom Benzo[c]phenanthridin-Grundgerflst Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline llh-pyrido(3,2-i]-l-azacarbazole und Pyrido[2,3-c](1.10]-phenanthroline Zielsetzung der Arbeit 19 2 SYNTHETISCHER TEIL Synthetische Arbeiten zur Substanzklasse der Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline Darstellung 11-substituierter 6-Amino-ll,12-dihydropyrido-[3,4-cl[l,9]phenanthroline Oxidation zu 11-substituierten 6-Aminopyrido[3,4-c)[l,9]phenanthrolinen Versuche zur Dehydrierung in 11,12-Position Dehydrierung mit Pd/C in DMPU Dehydrierung mit NaH in DMF Entfernung der Aminogruppe in 6-Position Etablierung der Syntheseroute Synthese von 5,6,11.12-Tetrahydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin-6-onen und S,6-Dihydropyrido[3,4-c)[l,9]phenanthrolin-6-onen Versuche zur Synthese von 5,6,ll,12-Tetrahydropyrido[3,4-c][l,9)phenanthrolin-6-thionen Synthese von 6-Chlor-ll,12-dihydropyrido 3,4-c][l,9]phenanthrolinen und 6-Chlorpyrido- [3,4-cJ l,9]phenanthrolinen 40

3 Il Inhaltsverzeichnis Synthese von 6-unsubstituierten Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolinen und deren 11,12-Dihydro- Analoga Synthese des neuen heterozyklischen Grundkörpers Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin Amino-ll,12-dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline mit Methoxygruppen im Ringgerüst Versuche zur Darstellung 2,4,7.9-tetramethoxysubstituierter Verbindungen Versuche zur Darstellung 4,7-dimethoxysubstituierter Derivate Verknüpfung aliphatischer Seitenketten an die Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline Synthese von Derivaten mit Dimethylaminoalkylamino-Seitenketten an der 6-Position Synthese von Derivaten mit Dimethylaminoalkyloxy-Seitenketten an der 6-Position Versuche zur N-Alkylierung an Position Synthetische Arbeiten zur Substanzklasse der llh-pyrido[3,2-/]-l-azacarbazole Synthese 6-substituierter 5,6-Dihydro-llH-pyrido[3,2-/]-l-azacarbazole Dehydrierung zu 6-substituierten llh-pyrido[3,2-/}-l-azacarbazolen Synthese von 6-(2,4-Dimethoxyphenyl)-ll-methyl-5,6-dihydro-llH-pyrido[3,2-/]-l-azacarbazol Synthese des neuen unsubstituierten Heterozyklensystems lln-pyrido[3,2-/]-l-azacarbazol Synthetische Arbeiten zur Substanzklasse der Pyrido-[2,3-c][l,10]phenanthroline Zusammenfassung Ausblick 84 3 SPEKTROSKOPIE 89 4 PHYSIKOCHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG DER HETEROZYKLENSYSTEME Bestimmung der Löslichkeit in wässrigen Medien mittels HPLC-Analytik ph-abhängige Sättigungslöslichkeiten der Pyrido[3,4-c][l,9]-phenanthrolinklasse Löslichkeiten 6-O-aminoalkylierter Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline bei physiologischem ph ph-abhängige Sättigungslöslichkeiten der HH-Pyrido[3,2-i)-l-azacarbazolklasse Bestimmung der Upophilie durch HPLC-Analytik LogD-Werte der Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolinklasse LogD-Werte der HH-Pyrido[3,2-/]-l-azacarfaazole Abschätzung der oralen Bioverfügbarkeit nach UPINSKIS «rufe offive" Untersuchungen zur Phototoxizität Zusammenfassung und Diskussion 117

4 Inhaltsverzeichnis lll 5 IN V/TRO-TESTUNG AUF ANTITUMORALE AKTIVITÄT Das Developmental Therapeutlcs Program des National Cancer Institutes (NCI) Das NCh60 DTP Human Tumor Cell Line Screening Beschreibung des Testsystems Dosis-Wirkungs-Beziehungen und Auswertungsparameter In Wtro-Antitumoraktivität der Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolinklasse In Wtro-Antitumoraktivität der llh-pyrido[3,2-j]-l-azacarbazolklasse Selektivitäten ausgesuchter Verbindungen Zusammenfassung UNTERSUCHUNGEN ZUM WIRKMECHANISMUS AUSGEWÄHLTER VERBINDUNGEN NCI-COMPARE-Analysen Beschreibung des COMPARE-Programms Ergebnisse der COMPARE-Analysen ausgesuchter Verbindungen Untersuchungen auf Hemmung humaner Topoisomerasen Beschreibung der Assays und Methoden Hemmung der katalytischen Aktivität der Topoisomerase I (Relaxationsassay) Hemmung der katalytischen Aktivität der Topoisomerase IIa (Dekatenierungsassay) Ergebnisse Theoretische Betrachtungen zur Hemmung humaner Topoisomerasen Mögliche Bindung von P8-D-60EthNCH32 (151) in der Topoisomerase II Docking-Studien von P8-D-60EthNCH32 (151) in Kristallstrukturen humaner Topoisomerasen Zusammenfassung ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK EXPERIMENTELLER TEIL Synthesen Geräte und Materialien Synthesevorschriften und synthetisierte Verbindungen Darstellung der 6-Amino-ll,12-dihydropyrido[3,4-c][l <9]phenanthroline Synthetisierte 6-Amino-ll,12-dihydropyrido(3,4-cl[l,9]phenanthroline Dehydrierung der 6-Amino-ll,12-dihydropyrido[3,4-c) l,9]phenanthroline Synthetisierte 6-Aminopyrido[3,4-cl[l,9]phenanthroline 199

5 IV Inhaltsverzeichnis Dehydrierung der ll-halogenphenylsubstituierten 6-Amino-ll,12-dihydropyrido(3,4-c][l,9]- phenanthroline Synthetisierte 11-halogenphenylsubstituierte 6-Aminopyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline und 5,6-Dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin-6-one Darstellung von 5,6,ll,12-Tetrahydropyrido[3,4-c][l,9Jphenanthrolin-6-onen und 5,6-Dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin-6-onen Synthetisierte 5,6 Ill,12-Tetrahydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin-6-one und 5,6-Dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthrolin-6-one Darstellung der 5-Chlor-ll,12-dihydropyrido[3,4-cJ[l,9Jphenanthroline und 6-Chlorpyrido- [3,4-c)[l,9)phenanthroline Synthetisierte 6-Chlor-U,12-dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline und 6-Chlorpyrido- [3,4-cJ[l,9)phenanthroline Darstellung der 6-unsubstituierten ll,12-dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline und Pyrido- [3,4-c][l,9)phenanthroline Synthetisierte 6-unsubstituierte ll,12-dihydropyrido[3,4-c)[l I9]-phenanthroline und Pyrido- [3,4-cl[l,9]phenanthroline Darstellung der ll,12-dihydropyrido(3,4-c][l,9]phenanthroline und Pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline mit Dimethylaminoalkylamino-Seitenkette in 6-Position Fällung der 6-(2-Dimethylaminoalkylamino)-seitenkettentragenden Verbindungen als Hydrochlorid-Salze Synthetisierte 6-(2-dimethylaminoethylamino)-ll I12-dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline und 6-(2-dimethylaminoethylamino)pyiido[3 I4-c][l,9]phenanthroline Darstellung der ll,12-dihyropyrido(3,4-c][l,9]phenanthroline und Pyrido[3,4-c)(l,9]phenanthroline mit Dimethylaminoallcyloxy-Seitenkette in 6-Position Fällung der 6-(2-Dimethylaminoalkyloxy)-seitenkettentragenden Verbindungen als Hydrochlorid-Salze Synthetisierte 6-(2-dimethylaminoethoxy)-ll,12-dihydropyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline und 6-t2-dimethylaminoethoxy)pyrido[3,4-c][l,9]phenanthroline Allgemeine Vorschriften zur Darstellung unterschiedlich substituierter Nitrile Darstellung 6-substituierter 5,6-Dihydro-llN-pyrido[3,2-/)-l-azacarbazole Synthetisierte 5,6-Dihydro-llH-pyrido[3,2-i]-l-azacarbazole Dehydrierung der 5,6-Dihydro-llH-pyridoI3,2-i]-l-azacarbazole Synthetisierte und teilweise aufgereinigte llh-pyrido[3,2-i]-l-azacarbazole {2,4-Dimethoxyphenyl)-ll-methyl-5,6-dihydro-llH-pyrido[3,2-/]-l-azacarbazol Synthese von llh-pyrido[3,2-i)-l-azacarbazol 255

6 Inhaltsverzeichnis V 8.2 HPIC-Analytik Löslichkeit Materialien und Geräte HPLC-Analytik zur Bestimmung ph-abhängiger Sättigungslöslichkeiten HPLC-Analytik zur Bestimmung der Löslichkeiten bei ph 7, Lipophilie Materialien und Geräte Methode a zur Bestimmung von logd-werten per HPLC-Analytik Methode b zur Bestimmt von logd-werten per HPLC-Analytik LITERATURVERZEICHNIS ANHANG (Testdaten des NCI-60 DTP Human Tumor Cell Line Screenings) i - xxv Erklärung zu 10 Abs. 2 Nr. 2 der Promotionsordnung Danksagung Lebenslauf Kurzfassung Abstract