title: Synthesis of Bumetanide derivatives and their effects on NKCC1
Creators: name: Zejno, Emrah
Publisher: name: :none
Year: 2020

description: Das Hauptziel dieser Diplomarbeit war es, Bumetanid (BTN)-Derivate herzustellen. Die neu gewonnenen Derivate sollten die Blut-Hirn-Schranke besser durchdringen als Bumetanid. Es ist bekannt, dass BTN aufgrund seiner Pharmakokinetik die Bluthirnschranke nur zu 1-2% passiert. Bis zu 98% von BTN sind im Plasma gebunden. Eine höhere Konzentration von BTN im Gehirn wäre ein möglicher Ansatz zur Therapie von Epilepsie, speziell von Epilepsie bei Neugeborenen. Man geht davon aus, dass bei ausreichender Konzentration in den Gehirnzellen BTN den Natrium-Kalium-Chlorid Transporter (NKCC1) blockiert. Da der GABAA Rezeptor bei Neugeborenen einen entgegengesetzten Ionendurchfluss hat im Vergleich zum GABAA Rezeptor bei Erwachsenen, könnte ein Block von NKCC1 diese Richtungsänderung wieder ausgleichen. Durch die Blockade von NKCC1 würde die intrazelluläre Chloridkonzentration [Cl-]i sinken und eine Aktivierung von GABAA hätte eine inhibierende Wirkung zur Folge. Dies geschieht dadurch, dass es zu einem Cl- Ionen Einstrom kommt und somit zu einer Hyperpolarisation in den Neuronen. Dadurch wäre die Signalübertragung der Gehirnzellen vorübergehend gehemmt und epileptische Anfälle bei Neugeborenen verringert. Im Zuge dieser Diplomarbeit wurden 12 Derivate synthetisiert. Die Derivate 1-6 sind Amide. Verbindung 1 ist ein primäres Amid. Die Verbindungen 2-6 sind sekundäre Amide. Darüber hinaus wurde die Verbindung 6, ein N-4-Fluorophenyl-benzamid-Derivat, zu einem Amin reduziert (Verbindung 7). Des Weiteren wurde die Lipophilie von BTN erhöht, indem wir an Position 1 die Carbonsäure-Funktionalität durch eine weniger polare Seitenkette ersetzt haben. Dies ist uns mit Verbindung 12 gelungen, welche einen Nitroethylen-Rest trägt. Um Verbindung 12 herzustellen, wurde anfangs ein Methylester hergestellt (Verbindung 8), dieser dann zu einem Alkohol reduziert (Verbindung 9) und schließlich der Alkohol zu einem Aldehyd oxidiert (Verbindung 11). Mit Verbindung 10 haben wir auch ein Derivat synthetisiert, welches eine Ausgangssubstanz für die weiteren Syntheseschritte darstellt. Ob schlussendlich die gebildeten Derivate die Blut-Hirn-Schranke besser passieren und folglich eine bessere Hemmung von NKCC1 bewirken, muss in weiteren in-vitro/in-vivo Versuchen erforscht werden.
description: The main objective of this diploma thesis was to synthesize bumetanide (BTN) derivatives. The new drugs should penetrate the blood-brain-barrier (BBB) better than bumetanide itself. It is known that due to its pharmacokinetics, BTN only penetrates the BBB by 1-2%. Up to 98% of the drug is plasma-bound. A higher concentration of BTN in brain cells would be a novel treatment option of epilepsy, especially neonatal seizures. If a sufficient concentration in the brain cells is present, BTN blocks the sodium-potassium-chloride cotransporter (NKCC1). Since the GABAA receptor in newborns has an inverse direction compared to the GABAA receptor in adults, a block of NKCC1 might counterbalance this switch of the ion flow in GABAA. The excitatory effect of GABAA in neonates would then become inhibitory, which is essential for the treatment of epilepsy. Blocking NKCC1 would decrease [Cl-]i, resulting in an activation of GABAA leading to an Cl- ion influx and thus to a hyperpolarization of the neurons. This inhibits temporarily brain cell signaling and should reduce neonatal seizures. During this thesis 12 compounds were synthesized. Compounds 1-6 are amides. Compound 1 is a primary amide. Compounds 2-6 are secondary amides. These amides were synthesized by modification at position 1 of BTN, where a benzoic acid remnant is located. In addition, compound 6, a 4-fluorophenyl benzamide, was reduced to an amine (compound 7). Furthermore, the lipophilicity of BTN was increased by replacing the benzoic acid at position 1 with a carbon chain. This was succeeded with compound 12, which carries a nitroethylene remnant. To synthesize compound 12, a methyl ester was formed out of the benzoic acid (compound 8), then reduced to an alcohol (compound 9) and the alcohol finally oxidized to an aldehyde (compound 11). With compound 10, a derivative was synthesized which is a precursor for the other derivatives. Whether the formed derivatives penetrate the BBB better and inhibit NKCC1, must be explored in further in vitro / in vivo tests.