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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002322-3

Synthese und Untersuchung von N-modifizierten Derivaten des Analgetikums Flupirtin

  • Einleitung: Ausgangspunkt dieser Dissertation war das hepatotoxische Analgetikum Flupirtin, dessen Wirkung auf einer Erhöhung der Öffnungswahrscheinlichkeit neuronaler KV7-Kaliumkanäle beruht. Ein Vergleich mit dem ebenfalls hepatotoxischen Arzneistoff Paracetamol warf die Frage auf, ob sich dessen Toxizitäts-Mechanismus, der auf der Bildung des aktiven Metaboliten NAPQI, welcher durch oxidativen Metabolismus entsteht, auf Flupirtin übertragen lässt. Durch Synthese von Flupirtin-Analoga mit veränderten oxidativen Eigenschaften sollten neue Erkenntnisse bezüglich der Oxidierbarkeit, Wirksamkeit und Toxizität des Arzneistoffs erhalten werden. Als zusätzliche Leitstruktur wurde die mit Flupirtin verwandte, wirksame Verbindung ICA-027243 verwendet. Synthesen: Im Fokus der Derivatisierungen standen die N-Atome von Flupirtin, da diese bei der Oxidation eine entscheidende Rolle spielen. So gelang es vor allem durch gezielte Neusynthese, alle drei N-Atome um den Pyridin-Ring unabhängig voneinander einzeln oder in Kombination zu alkylieren. Ausgangspunkt des hierfür benötigten Fluorbenzylamin-Bausteins war der entsprechende Benzaldehyd, welcher durch reduktive Aminierung umgesetzt wurde. Als Pyridin-Baustein wurde 2,6-Dichlorpyridin verwendet, an welchem nach der Nitrierung ein Chloratom durch Ammoniak oder Dimethylamin substituiert werden konnte. Nach der Kondensation beider Bausteine erfolgte die Reduktion der Nitrogruppe mit anschließender Acylierung zum entsprechenden Flupirtin-Derivat. Die Alkylierung des Carbamat-NH folgte gegebenenfalls als letzter Reaktionsschritt. Weitere Verbindungen wurden auf mehr oder weniger abgewandelten Syntheserouten hergestellt. Dabei wurde Flupirtin teilweise in Richtung ICA-027243 abgewandelt und Desamino-Flupirtin-Derivate hergestellt. Variiert wurde unter anderem die Position des Pyridin-N-Atoms und die Methylenamino-Brücke zwischen den aromatischen Ringen wurde teilweise durch eine Amid-Brücke ersetzt. Neben weiteren Derivaten wurden auch bizyklische Flupirtin-Derivate durch Pyrolyse von Flupirtin und Retigabin synthetisiert. Testungen: Getestet wurden die synthetisierten Verbindungen auf ihre Oxidierbarkeit mit Cyclovoltammetrie und einer Peroxidase, auf ihre Wirksamkeit mit einem kommerziellen Thallium-Flux-Assay (durchgeführt von der Firma ChanTest, USA) und auf ihre Toxizität mit einer Mäuseleber-Zelllinie (TAMH) in einem MTT-Assay. Im Rahmen einer Masterarbeit in Kooperation mit der Firma Hoffmann-La Roche in Basel sind einige Derivate weitergehend in vitro auf ihre Toxizität untersucht worden. Das zentrale Ergebnis der Testungen war, dass es eine Korrelation zwischen der Oxidierbarkeit der Verbindungen und ihrer Fähigkeit, eine bestimmte Öffnungswahrscheinlichkeit der KV7-Kaliumkanäle zu erhöhen (Thallium-Flux-Assay), zu geben schien. Hingegen konnte kein entsprechender Zusammenhang zwischen Wirksamkeit der getesteten Verbindungen und ihrer Toxizität im MTT-Assay festgestellt werden.
  • Introduction: The motivation for this thesis was the hepatotoxic analgesic flupirtine, the pharmacological activity of which is based on an increase of the opening probability of neuronal KV7 potassium channels. A comparison of the structure of flupirtine with that of the similarly hepatotoxic analgesic paracetamol (acetaminophen) led to the working hypothesis that the mechanisms of toxicity of the two drugs could be similar. With regards to paracetamol it is now known that the active metabolite NAPQI, formed through oxidative enzymatic processes, is responsible for drug-induced liver injury. By synthesizing flupirtine analogs with altered oxidative properties, it was envisioned that new insights into the toxicity and efficacy of the drug might be gained. The flupirtine-related, active drug ICA-027243 served as additional lead. Chemistry: Structure modification focused on the N-atoms of flupirtine because they appeared to play a crucial role in the oxidation process. All three N-atoms around the pyridine ring were specifically alkylated, either separately or in various combinations. The starting point for the required fluorobenzylamino building block was the respective benzaldehyde, which was subjected to reductive amination. For the pyridine building block 2,6-dichloropyridine was used, which was nitrated prior to the substitution of one of the chlorines for ammonia or dimethylamine, respectively. After condensation of both building blocks, the nitro group was reduced by hydrogenation and the resulting amino group was directly acylated to give the flupirtine derivative. Optionally, the alkylation of the carbamate-NH was performed as an additional reaction step. Additional compounds were synthesized in more or less analogous synthetic routes. Additionally, the flupirtine structure was modified to resemble ICA-027243 and thus deamino flupirtine derivatives were obtained. The alterations included among others a shifting of the pyridine-N-atom or the replacement of the methyleneamino-bridge between the aromatic rings by an amido-bridge. Further flupirtine derivatives synthesized in this thesis were also bicyclic flupirtine derivatives and analogs, obtained through cyclisation of flupirtine and retigabine, respectively. Analytical investigations: The synthesized compounds were tested to assess their oxidation potential by means of cyclic voltammetry and a peroxidase assay. Evaluation of the pharmacological activity relied on a commercially available Thallium-Flux-Assay, carried out in contract with the firm ChanTest (USA). The hepatotoxicity was investigated in vitro with a mouse liver cell line (TAMH) by using an MTT-assay. In cooperation with Hoffmann-La Roche in Basel further investigations on the in vitro hepatotoxicity of a series of the synthesized compounds were initiated in the course of a master thesis. The most important outcomes of these experiments were the unexpected findings that there would appear to be a significant correlation between the oxidizability of compounds and the ability of the compounds to open neuronal KV7 potassium channels, as determined by the Thallium-Flux-Assay. However there is no apparent correlation between oxidation potential, as determined by cyclovoltammetry and hepatotoxicity, as measured by the MTT-Assay.

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Metadaten
Author: Christian J. Lemmerhirt
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002322-3
Title Additional (English):Synthesis and analysis of N-modified derivatives of analgesic flupirtine
Advisor:Prof. Dr. Andreas Link
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2015/10/12
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/10/02
Release Date:2015/10/12
GND Keyword:Alkylierung, Flupirtin, Oxidation, Paracetamol, Retigabin, Synthese
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Pharmazie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie