title: Entwicklung von neuroprotektiven Wirkstoffen basierend auf Amiden des 4-Phenoxyanilins und verwandten Verbindungen
title: Development of neuroprotective substances based on amides of 4 phenoxyaniline and related compounds
Creators: name: Barho, Marlene Theresia
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: drug design
Pharmazeutische Chemie
chemical synthesis
Medical sciences, Medicine
Chemische Synthese
medicinal chemistry
Arzneimittelforschung
apoptosis
Zelltod

description: Neuronal cell death is the
      underlying pathomechanism of several neurodegenerative
      diseases. Different stimuli trigger the programmed cell death
      via mitochondrial demise caused by members of the Bcl-2
      family. One of the key players is the proapoptotic protein
      Bid (BH3 interacting domain death agonist). In 2004, the
      group of PELLECCHIA published the structure of a first
      inhibitor that resulted from a NMR-based fragment approach to
      target the interaction of Bid with other proteins. The
      substance BI-6C9 displayed strong protective effects against
      tBid-induced cell death in several in vitro experiments.
      Unfortunately, the compound showed no activity in vivo. In a
      first approach, three moieties of the model-substance were
      replaced by alternatives derived from a scaffold hopping
      strategy. This resulted in inactive compounds. In the present
      thesis the inactive structure was synthetically modified and
      lead back to the parent compound BI-6C9. It could be shown,
      that all replaced moieties are responsible for the high
      activity of the compound. Introduction of a nitro-group as
      substituent on the p-position of the aromatic sulphonamide
      shows the possibility of creating compounds with enhanced
      neuroprotective properties. Moreover, several series of
      smaller compounds were derived from the fragment 4-
      phenoxyaniline. A compound with promising neuroprotective
      features was the amide of 4-phenoxyaniline and
      piperidine-4-carboxylic acid. For further synthetic
      modifications, the molecule was subdivided into three
      moieties that were subsequently exchanged or modified, in
      order to obtain information about
      structure-activity-relationships. Variations of moiety C
      (piperidine-nitrogen) gave a heterogeneous picture. The most
      interesting derivatization of the piperidine nitrogen was an
      acylation with β-alanine. The compound displayed significant
      protective effects at a concentration of 1 µM in a model
      system of neuronal cell death, the toxicity of the compound
      was moderate. Since the piperidine-nitrogen seems to be
      associated with the toxic effect of the compounds, several
      replacements for moiety B were introduced. In a previous
      thesis, a derivative of 4-phenoxyaniline and succinic acid
      methyl ester showed considerable neuroprotective activity. In
      order to establish SAR, the length of the linker between the
      two carbonyl groups was modified and also moiety A
      (biaryl-motif). The influence of this moiety on the compounds
      activity was less important than in the other series. The
      linker length of succinic acid appeared to be suited. Also
      several antioxidant moieties were introduced as replacement
      for moiety B, with the aim to produce compounds with dual
      effects on the prohibition of cell death induced by oxidative
      stress. A derivative of 3,5-Dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid
      displayed full protection of the neurons against
      glutamate-induced cell death in concentrations as low as 5
      µM. An interesting replacement for the
      piperidine-4-carboxylic acid is tranexamic acid. In
      combination with 4-(4-nitrophenylsulfanyl)aniline as moiety
      A, a very potent com-pound could be synthesized. However, the
      high toxicity of the substance is not favourable for further
      development. In the last series, systematic modifications of
      moiety A were conducted. The linking group between the two
      aromatic rings was exchanged. An amino group and a thioether
      emerged as the most suitable replacement for the oxygen-atom
      of the parent compound. During the modifications of moieties
      B and C, substituents at the 4´ position of the biaryl-motif
      of moiety A have been introduced to get a first impression
      about the influence of this structural feature. In the last
      step, several structurally diverse groups were introduced on
      this position. Four substituents emerged as interesting
      combination partners for the other elements. A trifluormethyl
      group, a cyano group, a nitro group and an amino group lead
      to compounds with increased neuroprotective properties. In
      future experiments, combinations of the above mentioned
      structural elements will have to be synthesized. Derivatives
      of 4 (4 nitrophenylsulfanyl)aniline include a nitro group at
      the 4´-position of the biaryl-motif in combination with a
      thioether and displayed good neuroprotective activity. This
      example could be a prospect of additive or even synergistic
      effects.
description: Ein Übermaß an Apoptose ist die
      grundlegende Ursache für die Entstehung verschiedener
      neurodegenerativer Erkrankungen. Das Protein Bid gehört der
      Familie der Bcl-2 Proteine an, die auf der Ebene der
      Mitochondrien eine zentrale regulatorische Funktion in der
      Apoptosekaskade einnehmen. Bid ist ein pro-apoptotisches
      Mitglied der Familie, das eine zentrale Rolle bei der
      Permeabilisierung der äußeren Mitochondrien-Membran einnimmt.
      2004 gelang es der Gruppe von PELLECCHIA im Jahr 2004 einen
      ersten Inhibitor für das Protein zu synthetisieren. Die
      Verbindung zeigt eine hohe neuroprotektive Aktivität in
      vitro, versagte jedoch im Mausmodell. Vorarbeiten im
      Arbeitskreis SCHLITZER beschäftigten sich mit Strukturanaloga
      der oben genannten Verbindung. Alle modifizierten Elemente
      tragen zur Wirksamkeit der Verbindung bei. Die Einführung
      einer Nitrogruppe in p-Stellung zum aromatischen Sulfonamid
      steigert die Aktivität der Substanzen im MTT-Assay und
      liefert in Verbindung mit einer Nitrogruppe am Biaryl-Motiv
      potenteste Derivat der Reihe. Darüber hinaus wurden
      verschiedene Serien von Derivaten des 4-Phenoxyanilins
      synthetisiert. Die Verbindung aus 4-Phenoxyanilin und
      Piperidin-4-carbonsäure zeigte eine signifikante Protektion
      von HT-22 Neuronen im MTT-Assay und auch in zwei weiteren in
      vitro-Testsystemen für Bid-vermittelten Zelltod. Zur
      Etablierung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen in Bezug auf
      die neuroprotektive Aktivität der Substanzen, wurde im Rahmen
      der hier vorliegenden Arbeit das Ausgangsmolekül in drei
      Bereiche unterteilt, die nach und nach weiter untersucht
      wurden. Zunächst wurden weitere Substituenten am
      Piperidin-Stickstoff eingeführt, zum Teil auch schon in
      Verbindung mit einer Modifikation des Biaryl-Motivs. Die
      Einführung von Alkylsubstituenten am Piperidin-Stickstoff
      lieferte sowohl protektive, als auch inaktive Verbindungen.
      Kleine, hydrophile Reste steigerten die Aktivität. Die
      Acylierung des Piperidin-Stickstoffs lieferte meist
      unwirksame Substanzen. Nur hydrophobe, sterisch
      anspruchsvolle Reste oder Reste, die über
      Wasserstoffbrücken-Donor Funktionen verfügen, wurden
      toleriert. Die Toxizität der Liganden korreliert vor allem
      mit dem Vorhandensein des basischen Piperidin-Stickstoffs.
      Durch Variation in diesem Segment wurden mehrere Reihen an
      Verbindungen erhalten. Ein Austausch der
      Piperidin-4-carbonsäure gegen Tranexamsäure führte zu einer
      Reihe hochwirksamer Derivate, die jedoch deutlich toxischer
      als die entsprechenden Derivate der Piperidin-4-carbonsäure
      waren. Erste Modifikationen der exozyklischen Aminogruppe zur
      Verringerung der Toxizität lieferten inaktive Derivate. Aus
      dieser Reihe sticht besonders das entsprechende Derivat des
      4-(4-Nitrophenylsulfanyl)anilins hervor. Aufgrund der hohen
      Toxizität erscheint die Struktur jedoch weniger interessant
      für eine weitere Entwicklung. Weiterhin wurden verschiedene
      Säuren direkt mit 4-Phenoxyanilin zu Amiden verknüpft.
      Neuoprotektive Derivate entstanden durch die Verknüpfung
      antioxidativer Substanzen mit dem neuroprotektiven Fragment
      4-Phenoxyanilin. Alle Verbindungen zeigen eine gute
      Protektion der HT-22 Neuronen im MTT-Assay, die Amide sind
      deutlich wirksamer als die zur Synthese verwendeten
      Antioxidantien alleine. Eine weitere Reihe von Verbindungen
      basiert auf einem Derivat aus 4-Phenoxyanilin und dem
      Monomethylester der Bernsteinsäure. Der Einfluss des Abstands
      zwischen den beiden Carbonylgruppen wurde evaluiert und
      Varianten des Biaryl-Motivs eingeführt, die in
      vorangegangenen Synthesen eine Steigerung der Aktivität der
      Substanzen herbeigeführt hatten. Die Ausgangsverbindung weist
      bereits die optimale Kettenlänge auf. Eine moderate
      Steigerung der Aktivität konnte durch die Verwendung des mit
      einer Nitrogruppe am Aromaten substituierten Ethers bzw.
      Thioethers erreicht werden. Dieser Effekt ist in dieser Reihe
      jedoch deutlich schwächer ausgeprägt als beispielsweise bei
      den am Piperidin-Stickstoff alkylierten Verbindungen. Im
      letzten Schritt wurde auch das Biaryl-Motiv in den Fokus
      genommen. Hier wurde zunächst die Verbrückung der Aromaten
      untersucht. Der Austausch des Ethersauerstoffs gegen ein
      Schwefelatom und eine Aminogruppe lieferte Derivate mit einer
      deutlich erhöhten Aktivität im Vergleich zur
      Ausgangsverbindung. Die Einführung eines Substituenten in der
      4´-Position wurde als nächstes untersucht. Die Substanzen mit
      dem besten Aktivitätsprofil waren mit einer Nitrogruppe,
      einem primären aromatischen Amin, einem Trifluormethylrest
      oder einer Cyanogruppe substituiert. Im nächsten Schritt
      können die besten Strukturelemente aus den verschiedenen
      Reihen kombiniert werden. Erste Kombinationen zeigen, dass
      ein gleichzeitiger Austausch von mehreren Strukturelementen
      zu einer signifikanten Steigerung der Aktivität führen
      könnte.