Herstellung eines pharmazeutischen Wirkstoffs

Transkript

1 erstellung eines pharmazeutischen Wirkstoffs Studienwoche orschen in der Chemie und Materialwissenschaft vom Projekt von Livia Schneider, betreut von Guillaume Decoret und Katrin Groebke Zbinden offmann-la Roche Einleitung Die Medizinalchemie befasst sich mit dem Design und der erstellung pharmakologisch aktiver Wirkstoffe. Dabei werden die Wirkstoffe in Bezug auf ihre pharmakologische Wirkung wie z.b. die Bindungsaffinität an einem Rezeptor oder die emmaktivität für ein Enzym optimiert. ragestellung Verbindungen des in Schema 1 gezeigten Strukturtyps sind romat aktive emmer für ein Enzym, welches im Gehirn am bbau Linker eines wichtigen Botenstoffs beteiligt ist. usgehend von den in Schema 2 gezeigten Bausteinen wurden unterschiedliche R Moleküle dieses Strukturtyps hergestellt, welche den bbau des Botenstoffes hemmen sollen. Schema 1: m Gehirn aktive Enzymhemmer X Schema 2: Bausteine von 1 und 2 Ziel der Studienwoche war es, die Verbindungen 4, 5 und 6 herzustellen. Diese entsprechen dem in Schema 1 gezeigten Strukturtyp und sollen als Enzymhemmer wirken. Dafür sollten die Bausteine 1 (X=)und 2 (X=) hergestellt werden und durch Reaktion mit einem cetylen bzw. zwei verschiedenen lkoholen die Enzymhemmer ergeben. Synthese Um den Stoff 4 zu erhalten, werden zuerst die Bausteine 1 und 3 hergestellt. Baustein 1 wird durch Kondensation eines minopyridazin mit einem alpha-aloketon hergestellt. Um Baustein 3 zu bilden wird ein Trimethylsilylacetylen mit ilfe von Tetrabutylammonium entschützt. Danach wird eine palladiumkatalysierte C-C-Bindungsknüpfung zwischen dem aromatischen odid 1 und einem cetylen 3 durchgeführt. ls Beispiel wird die Synthese des Bausteins 1 beschrieben. Br 2 Ethanol 85 C, 42h 31% 1 Si Tetrahydrofuran 0 C, 0.5h 90% 3 Si 1

2 Triethylamin, Kupfer()iodid Bis(triphenylphosphin)- palladiumdichlorid Dimethylformamid 120 C, 18h 36% 4 Legende P Pd P Tetrahydrofuran Triethylamin Schema 3: Synthese von Verbindung 4 Bis(triphenylphosphin)- palladiumdichlorid Dimethylformamid Um Baustein 2 herzustellen, wird ein minopyridazin mit einem alpha-aloketon kondensiert. Diese Synthese funktioniert gemäss der Synthese von 1 und wird ausführlich erklärt. ür die erstellung der Stoffe 5 und 6 wird der Baustoff 2 mit unterschiedlichen lkoholen substituiert. Dabei wird eine aromatische nukleophile Substitution durchgeführt. Br 2 Ethanol 80 C, 18h 30% 2 B atriumhydrid, Dimehtylformamid 20 C, 1.5h a, DM 20 C, 1.5h 82% 74% B 6 5 Schema 4: Synthese der Verbindungen 5 und 6 2

3 Synthese des Bausteins 1 Zu einer Suspension von 3-mino-6-iodopyridazin (2 g, 9.05 mmol) in Ethanol (25 ml) wird unter rgonatmosphäre 3-Bromo-1,1,1-trifluoroaceton (1.3 ml, 12.5 mmol) zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird auf 80 C erwärmt, wobei sich bei 65 C eine braune Lösung bildet. un wird das Gemisch 18 Stunden bei 80 C gerührt. Die Reaktion wird mit einem Dünnschichtchromatogramm und mit einem Massenspektrum überprüft. Die Dünnschichtchromatografie in Methylenchlorid (C 2 2 )/ Methanol im Verhältnis 9:1 zeigt, dass die Edukte noch nicht vollständig umgesetzt sind. Das Reaktionsgemisch wird deswegen nochmals 24 Stunden bei 85 C gerührt. un wird eine weitere Dünnschichtchromatografie mit gleichem Lösungsmittel durchgeführt. Die Reaktion ist nicht vollständig abgeschlossen und enthält noch Edukte. Die ufarbeitung wird trotzdem begonnen. Das Reaktionsgemisch wird auf Zimmertemperatur abgekühlt und mit 10%-atriumcarbonatlösung (25 ml) versetzt. Es bildet sich Schaum und das Produkt fällt aus. Es wird 45 min bei 20 C rühren gelassen. Danach wird das Produkt mit ilfe von Vakuum abfiltriert und mit Wasser nachgewaschen. Der sich im ilter festgesetzte eststoff ist das Produkt der Reaktion. Man erhält 6-odo-2- (tirfluoromethyl)imidazol[1,2-b]pyridazin 1 (0.89 g, 31% usbeute) als hellbraunen eststoff. Eine Massenspektroskopie und eine 1 -MR-Spektroskopie (magnetische Kernresonanzspektroskopie) bestätigen die Struktur und Reinheit des Produktes. Synthese des Bausteins 2 Eine Suspension von 3-mino-6-chloropyridazin (2 g, 15.4 mmol) in Ethanol (25 ml) wird unter rgonatmosphäre mit 3-Bromo-1,1,1-trifluoroaceton (1.9 ml, 18.5 mmol) versetzt. Der Übergang in eine gelbe Lösung findet statt, nachdem das Gemisch 30 min bei 80 C gerührt wurde. Das Gemisch rührt 18 Stunden bei 80 C. Zur Prüfung werden ein Dünnschichtchromatogramm (C 2 2 /Me 9:1) und ein Massenspektrum gemacht. Diese zeigen, dass noch ein wenig Edukt vorhanden ist. Das Reaktionsgemisch wird trotzdem aufgearbeitet. Das Reaktionsgemisch wird abgekühlt und mit 10%-atriumcarbonatlösung (25 ml) gemischt. Das Produkt wird 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird es unter Vakuum abfiltriert und mit Wasser nachgespült. Es bildet sich ein hellbraunes Pulver, welches in Methylenchlorid gelöst und mit Kieselgel aufgeschlämmt wird. Die Lösung wird am Rotationsverdampfer und eingeengt. Das Produkt wird auf eine lashchromatographiesäule (50 g) aufgetragen und innert 50 Minuten mittels eines Gradienten von reinem Methylenchlorid zu Methylenchlorid/Methanol 9:1 eluiert. Die Lösungsmittel sind an die Polarität angepasst und entsprechen den Verhältnissen, die bei der Dünnschichtchromatographie verwendet wurden. Die entstandenen raktionen werden auf DC- Platten aufgetragen und chromatographiert. Die raktionen, in denen das Produkt enthalten ist, werden am Rotationsverdampfer eingeengt. Somit erhält man Verbindung 2 6-Chloro-2- (tirfluoromethyl)imidazol[1,2-b]pyridazin (1.04 g, 30% usbeute) in orm eines weissen Pulvers. Es werden eine Massenspektroskopie und eine 1 -MR-Spektroskopie durchgeführt, welche die Struktur und die Reinheit des Endproduktes bestätigen. 3

4 nalytik Zur nalyse wurden die beiden Bausteine 1, 2 sowie die Endprodukte 4, 5 und 6 mittels Massenspektroskopie und 1 -MR-Spektroskopie charakterisiert. Bei der Massenspektroskopie wird aufgezeigt, welche molekulare Masse das Molekül hat. Somit kann herausgelesen werden, ob das richtige Molekül gebildet wurde und ob noch Edukte vorhanden sind. 1 -MR-Spektroskopie (magnetische Kernresonanzspektroskopie) n einem 1 -MR Spektrum wird für jedes Proton ein Signal angegeben. n der Signalintensität kann abgelesen werden, wie viele gleichartige Protonen im Molekül vorhanden sind. ür die Position des Signals ist die chemische Umgebung des Protons wichtig. So sind auf dem Spektrum verschiedene Bereiche vorhanden, in denen z.b. Protonen angezeigt werden, die sich neben einen Kohlenstoffatom befinden oder Protonen, die sich neben einen eteroatom (,, S) befinden. Einen bestimmten Bereich gibt es auch für aromatische Protonen. Dies sind Protonen, die an einen Ring angehängt werden. Die Protonen beeinflussen sich gegenseitig. Sobald weitere Protonen in der ähe sind, bilden sich Du- oder Triplette. uch weiter entfernte tome bestimmen die Position sowie die bstände zwischen den Signalen. uf einem 1 -MR-Spektrum werden ausserdem Signale von Wasser, dem Standardtsignal Tetramethylsilan (TMS) und Dimethylsulfoxid (DMS) aufgezeichnet. Dabei ist die zu analysierende Verbindung in DMS gelöst ist. Die unten dargestellten 1 -MR-Spektren zeigen usschnitte von Trifluormethylimidazolpyridazinen mit einem Chloratom oder einem odatom angehängt. Beim Chlorid ist die Verschiebung stärker, da es ein kleineres Molekül aus der gleichen auptgruppe ist. Somit kann es die Elektronen stärker zu sich ziehen und beeinflusst so die Protonen. Das odid ist grösser und auch ein alogen, deswegen ist die Verschiebung weniger stark. Das Proton a ist das einzige am midazolring, deswegen bildet es ein Singulett. Die Protonen b und c bilden je ein Duplett. Es gibt ein zweites, kleineres Signal, welches durch die nwesenheit des anderen Protons verursacht wird. X = X = bbildung 1: usschnitte der 1 -MR-Spektren der Bausteinen 1 und 2 4

5 Schlussfolgerung Die Bausteine 1 und 2 sowie die Verbindung 3 konnten nach obigen nleitungen synthetisiert werden und zur Weiterverarbeitung für die Moleküle 4, 5 und 6 verwendet werden. Diese konnten gemäss Schemata 3 und 4 nach bekannten Methoden hergestellt werden. Die aus odid hergestellte Verbindung 4 ergab 107 mg. ür den aus dem Chlorid hergestellten Stoff 5 ergaben sich 278 mg. Die Verbindung 6, welche auch mit Chlorid hergestellt wurde, ergab 137 mg. usblick Die Verbindungen 5 und 6 werden an die Biologie eingewiesen. Dort werden sie durch die Biologen enzymatisch getestet, um zu überprüfen, ob sie eine gute emmaktivität aufweisen. uch ein Teil der Verbindung 4 (10 mg) wird zur Prüfung an die Biologie eingewiesen. Der andere Teil wird weiterverarbeitet, um die emmstärke zu vergrössern. Dabei wird die Dreifachbindung der Kohlenstoffatome in eine Einfachbindung umgewandelt. Dank n diesen acht Tagen habe ich viel Spannendes gelernt und Einblicke in die industrielle Chemie und die rbeitsweise eines Chemikers erhalten. ch möchte mich herzlich bei meinen Betreuern Guillaume Decoret und Kathrin Groebke Zbinden dafür bedanken, dass sie mich bei der praktischen und theoretischen rbeit unterstützt haben. Weiter möchte ich der irma offmann-la Roche und Schweizer Jugend forscht für die rganisation und Durchführung der Studienwoche danken. 5