2
Questi farmaci, abbinando una potente attività ad un ampio spettro
d’azione, sono attualmente tra i più efficaci chemioterapici antibatterici
utilizzati. Il 2-eptenilchinolone riportato ha mostrato
2-eptenil-3-metil-4-chinolone
una specifica attività nei confronti dell’Helicobacter pylori
2
.
Attività antitumorale
Negli ultimi anni molti derivati chinolonici sono stati sintetizzati e
testati come potenziali chemioterapici nella terapia del cancro.
Saggi in vitro su alcune linee tumorali, hanno dimostrato che molti di
questi composti sono attivi in fasi diverse del metabolismo cellulare.
Il 2-fenil-7-fluoro-4-chinolone è un antimitotico che inibisce, come la
vincristina e la vinblastina, la polimerizzazione della tubulina
3a,b
,
la proteina
responsabile della formazione del fuso mitotico, mentre le nitrochinoline
sono attive nel provocare ipossia nelle cellule tumorali
4
.
N
H
O
Me
F N
H
O
N
NH-RNO
2
3
Potenti antimetaboliti sono invece alcuni acidi idrossinaftoici e
carbossilchinoloni, inibitori delle deidrogenasi coinvolte nel metabolismo
del glucosio, un passaggio metabolico essenziale alla vita cellulare.
E’ noto, infatti, che molti tumori solidi, sia animali sia umani,
presentano una lenta proliferazione, e non rispondono al trattamento con
inibitori della sintesi del DNA poiché la maggior parte di cellule tumorali è,
nell’interfase, in fase stazionaria (G
0
), senza produzione di DNA
5
.
Su tali cellule, che devono comunque utilizzare fonti di energia (come
il glucosio) per il loro metabolismo, si esplica l’attività di questi composti.
Andando a considerare lo sviluppo di nuovi chemioterapici, sono da
citare le notevoli proprietà antiproliferative di una larga serie di benzo- e
pirido-fenossazinoni in precedenza sintetizzati e caratterizzati nel
laboratorio in cui ho svolto il mio lavoro di tesi, che hanno come target il
DNA, agendo come intercalanti
6
.
Studi QSAR (relazione quantitativa attività-struttura), effettuati su tali
molecole, hanno evidenziato come l’attività antineoplastica di questi
composti sia in relazione con la presenza di un nucleo strutturale
N
H
O
COOH
N
OH
COOH
O
N
O
Y
X
z
R'
R"
X CH N CH CH N
Y CH CH N CH N
Z CH CH CH N CH
4
imminochinonico (farmacoforo I) appartenente ad una struttura
Farmacoforo I
planare
7
e strettamente correlato a quello presente nei derivati chinolonici
visti in precedenza.
Attività anti HIV
Parallelamente alla sperimentazione di molecole con nuclei chinolonici
nella terapia antineoplastica, nuovi interessi sono stati suscitati dalla
scoperta della potente attività inibitoria, di alcuni congeneri, nei confronti
di alcuni gruppi di HIV. In particolare, i migliori risultati si sono ottenuti
con la sintesi di derivati dimerici, caratterizzati da un ponte di tipo
alchilpiperazinico
8
.
N
N
N
N
O
N
NH
NH
N
N
O
N
R
N
O
N
R
5
Notevoli proprietà inibitorie nei confronti delle RT (trascrittasi inverse)
dell’HIV di tipo 1 e 2 hanno inoltre dimostrato il poliidrossichinolone
uranidina
9
e il suo derivato chinonico, composti naturali isolati in tempi
recenti da alcune specie di spugne appartenenti al genere Verongia (o
Aplysina)
10
.
Uranidina 1,4,5,8-Tetraidro-3-idrossi-
-4,5,8-trioxochinolina
Sulla scorta delle conoscenze relative alla struttura, alla chimica, alle
attività farmacologiche dei derivati chinolonici e chinolonchinonici, ed in
considerazione della difficoltà di ottenere grandi quantità di prodotti da
fonti naturali, si è deciso di sintetizzare strutture di tipo I, II e III.
N
H
O
O O
COOR
I
1
2
3
45
6
7
8
N
H
O
O O
COOR
II
1
2
3
4
5
6
7
8
R'=CH
3
,CH
2
CH
3
N
H
O
1
2
3
4
5
6
7
8
R
III
COOR
Tali composti sono stati preparati a partire da arilammine,
fenilendiammine, orto- e meta- amminofenoli con dimetil
acetilendicarbossilato (ADCM) o dietil etossimetilenmalonato (DEEM).
N
H
OOH
OH
OH
N
H
OO
O
OH
6
La sintesi ha richiesto uno studio della reazione di addizione di
arilammine sui sistemi acetilenico ed etilenico
11
e delle condizioni che
conducono ai prodotti desiderati.
I chinolonchinoni II e III così ottenuti saranno utilizzati per la sintesi di
derivati piridofenossazinonici IV e V.
O
N
N
H
O O
O
N
N
O H
O
COOR
COOR
IV V
7
Sintesi di chinoloni
La sintesi di strutture chinoloniche si ottiene attraverso due reazioni
note: la reazione di Gould e Jacobs
12
, a partire da arilammine e dietil
etossimetilenmalonato (DEEM), e la reazione di Conrad e Limpach
13
,a
partire da arilammine e dimetil acetilendicarbossilato (ADCM). Queste due
procedure portano rispettivamente alla formazione di metil 4-chinoloni-2-
carbossilati ed etil 4-chinoloni-3-carbossilati.
Reazione di Gould e Jacobs
+
reflux
N
H
COOEt
EtOOC
N
H
O
COOC
2
H
5
Difeniletere
NH
2
EtOH
H
2
C
2
OOC
H
2
C
2
OOC
OC
2
H
5
H
R
R
R
1
2
3
DEEM
8
Formazione degli addotti arilammina-DEEM
Per lo studio della reazione col dietil etossimetilenmalonato è stata
usata una serie di ammine aromatiche, ottenendo i composti di addizione
con buone rese (85-90%).
Maggiore quantità di sottoprodotti si è osservata nella reazione con o-
fenilendiammina, con cui si ottengono composti dovuti a mono- e di-
addizione. Lo stesso andamento si riscontra per altre diammine utilizzate.
La Tabella 1 riporta le rese di reazione per le arilammine usate.
Tabella 1
Ammine 1
Rese %
di addotto 2
2-metossianilina 86
2,5-dimetossianilina 81
4-acetil-2-metossianilina 79
5-ammino-8-idrossichinolina 82
8-amminoisochinolina 85
4,5-diamminopirimidina 65
2-(4-amminofenil)-6-metilbenzotiazolo 70
2,5-bis-(4-amminofenil)-1,3,4-ossadiazolo 60
meta-nitrofenolo 91
meta-amminofenolo 87
orto-amminofenolo 90
2-ammino-5-metil-fenolo 86
2-ammino-5-nitro-fenolo 89
9
Anche per la reazione con amminofenoli si ottengono rese quasi
quantitative sia per l’orto- sia per il meta-amminofenolo.
Per i prodotti ottenuti da diammine, le rese si riferiscono agli addotti
ammina/DEEM 1:2.
Ciclizzazione degli addotti
La ciclizzazione dei prodotti 2 a chinoloni 3 procede ad alta
temperatura (∼260°C) in difeniletere o Dowtherm A (miscela azeotropica
di difeniletere e bifenile).
E’ da notare che per i 3-etossicarbonilchinoloni la forma tautomerica
predominante in soluzione, come si evince dagli spettri NMR, è quella
chinolinica, con l’ossidrile in posizione 4, che è stabilizzata da un ponte
idrogeno tra il protone fenolico e l’ossigeno carbonilico adiacente.
Anche se rese soddisfacenti di chinolone si possono ottenere portando
ad ebollizione soluzioni di 2 in difeniletere, l’addizione controllata di 2 in
difeniletere aumenta le rese. Ciò perché l’alta diluizione favorisce la
ciclizzazione intramolecolare
14
, ed evita la formazione di prodotti di
policondensazione.
N
H
EtOOC COOEt
R', R"
N
H
O
COOEt
R', R"
2
3
N
OH
COOEt
R', R"
1
4
1
4
5
8
10
Nella reazione con gli o-amminofenoli si ottiene la 3-etossicarbonil-
4,8-diidrossichinolina in ottime rese, e con tempi di reazione nell’ordine
dei 10 minuti, mentre la ciclizzazione dell’addotto ottenuto dal m-
amminofenolo, oltre a produrre una miscela di 4,5- e 4,7-
diidrossichinoline, procede più lentamente e con rese più basse rispetto al
caso precedente. Nonostante l’impiego di tempi di reazione più lunghi,
infatti, si recupera una certa quantità di prodotto 2 non reagito. Aumentare
troppo il tempo di reazione provoca poi la formazione di notevoli quantità
di sottoprodotti non identificati e la formazione di sostanze peciose. Un
tempo ottimale sembra essere dell’ordine dei 30 minuti.
Tabella 2. Chinoloni 3 ottenuti per ciclizzazione di 2 in difeniletere a 260 °C.
(Le rese sono riferite ai reagenti iniziali).
2 3 Resa %
R’ R”
2-OH H 4,8-diidrossi-chinolina-3-carbossilato 45
2-OH 4-Me 4,8-diidrossi-6-metilchinolina-3-
carbossilato
42
2-OH 4-NO
2
4,8-diidrossi-6-nitrochinolina-3-
carbossilato
40
3-OH H 4,5-diidrossi-chinolina-3-carbossilato
4,7-diidrossi-chinolina-3-carbossilato
10
15
3-NO
2
H 4-idrossi-7-nitrochinolina-3-
carbossilato
70
11
Meccanismo della reazione di Gould e Jacobs
Il prodotto 3 potrebbe formarsi o per attacco nucleofilo del fenile sul
carbonile estereo, o attraverso una reazione termica appartenente alla classe
delle reazioni elettrocicliche, o ciclizzazione “aza-esatrienica”, con
eliminazione di una molecola di etanolo
15
. Tali reazioni termiche
avvengono con un processo in due stadi, il primo dei quali consiste in una
ciclizzazione disrotatoria, reversibile.
L’irreversibilità della reazione potrebbe dipendere dalla successiva
eliminazione del gruppo uscente etossido.
Nel corso delle nostre indagini su questa reazione, abbiamo osservato
che un sostituente elettron-attrattore come il nitro gruppo in posizione 3 del
fenile sul composto 2 accelera la reazione e rende la resa quantitativa. Il
gruppo ossidrilico in 3 rallenta notevolmente la reazione e abbassa le rese
mentre in posizione 2 accelera la reazione e innalza la resa.
Questo risultato sembra escludere la possibilità che la reazione di
chiusura possa essere dovuta ad un attacco nucleofilo dell’anello fenilico
sul carbonile estereo e avvalora l’ipotesi di una chiusura elettrociclica
attraverso una cicloaddizione termica disrotatoria in cui la successiva
aromatizzazione avviene per trans eliminazione di EtO
-
e H
+
. L’equilibrio
tra le forme tautomere permette la via di trans eliminazione. Il distacco del
protone può essere influenzato dal sostituente presente sull’anello fenilico.
Lo schema del meccanismo di reazione è riportato nella pagina successiva.
12
Ipotesi di meccanismo per la reazione di Gould e Jacobs
NH
2
..
COOEt
H
O
OEt
N
H
OEt
H
COOEt
O
OEt
-
R
R
N
H
H
COOEt
EtOOC
R
N
H
H
COOEt
EtOOC
R
OEt
N
H
OH
OEt
COOET
R
N
COOEt
OEt
OH
H
H
R
N H
OH
COOEt
R
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