5-[3-(4-БЕНЗИЛОКСИФЕНИЛТИО)-ФУР-2-ИЛ]-ИМИДАЗОЛИДИН-2,4-ДИОН И АНАЛОГИ В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРОВ ЭЛАСТАЗЫ МАКРОФАГОВ
5-[3-(4-BENZYLOXYPHENYLTHIO)-FUR-2-YL]-IMIDAZOLIDINE-2,4-DIONE AND ANALOGUES AS MICROPHAGE ELASTASE INHIBITORS

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США номер 60/602736, поданной 19 августа 2004, полное содержание которой включено в данное описание путем ссылки в полном объеме.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область изобретения
Данное изобретение относится к новым соединениям, которые являются полезными в качестве ингибиторов матриксных металлопротеиназ при лечении заболеваний, ассоциированных с этими ферментами.
2. Описание уровня техники
Матриксные металлопротеиназы (ММР) представляют собой суперсемейство протеиназ, число которых за последние годы резко возросло. Считают, что они важны при неконтролируемом распаде соединительной ткани, который связан с некоторыми болезненными процессами, такими как ревматоидный артрит, остеоартрит, язвенная болезнь желудка, астма, эмфизема и опухолевые метастазы. Следовательно, ингибирование одной или более чем одной ММР может оказывать полезное действие при этих заболеваниях.
Эластаза макрофагов человека (ММР-12) проявляет все свойства других ММР, но преимущественно продуцируется из макрофагов, инфильтрирующих в ткани, где происходит повреждение или ремоделирование, и разрушает внеклеточный матрикс. Обнаружение повышения уровня ММР-12 в процессе проявления эмфиземы позволяет выдвинуть предположение о решающей роли этого фермента. Подобным образом в модели нокаут-мышей ММР-12 также продемонстрировано отсутствие развития эмфиземы в результате длительного периода воздействия сигаретного дыма (Science, 1997, 277: 2002-2004). Недавно, используя модель астмы с дефицитом по ММР-12, автор изобретения выдвинул предположение о вовлечении ММР-12 в развитие хронической астмы (FASEB, 2002, 16: A 590). Эти результаты подразумевают, что ингибиторы ММР-12 могут быть очень полезны в лечении легочных заболеваний, таких как хроническое обструктивное заболевание легких (ХОЗЛ), эмфизема и астма.
Показано, что ММР-12 секретируется из альвеолярных макрофагов курильщиков (Shapiro et al., 1993, Journal of Biological Chemistry, 268: 23824), в ксантомных клетках в атеросклеротических повреждениях (Matsumoto et al., 1998, Am J Pathol 153: 109) и в модели нефрита крыс (Yoshikatsu Kaneko et al., 2003, J Immunol 170: 3377). Также было показано, что ММР-12 играет роль в болезни коронарных артерий (Sofia Jormsjo et al., 2000, Circulation Research, 86: 998). Эти наблюдения позволили предположить, что ММР-12 могут представлять собой мишени терапий этих заболеваний.
Учитывая вовлечение ММР-12 в ряд заболеваний, произведены попытки получить ее ингибиторы. Ряд ингибиторов ММР-12 известен (см., например, опубликованную патентную заявку РСТ № WO 00/40577; ЕР 1288199 А1, 2001, Shionogi & Со. ММР-12 Inhibitor; патент США №63529761 и публикацию патентной заявки США №2004/0072871; опубликованную Европейскую патентную заявку ЕР 1394159). Недавно в данной области техники раскрыт новый класс ингибиторов ММР. В опубликованной патентной заявке № WO 02/096426 описаны производные гидантоина формулы
1
2
3
4
5
6
7
11
где заместители R, R, R, R, R, R, R и R определены широко. Эти производные активны в качестве ингибиторов ММР, в частности для фермента, превращающего фактор некроза опухоли α (ТАСЕ), и аггриканазы, хотя никаких биологических данных продемонстрировано не было. Признаком структур этих производных является спиро-связь между гидантоиновым кольцом и его боковой цепью.
В публикации патентной заявки США №2004/0067996 и в опубликованной патентной заявке РСТ № WO 2004/108086 описаны подобные производные гидантоина формулы
1
4
5
11
где R, R, R и R также были определены широко. В этих двух патентах также указано, что эти производные в целом являются ингибиторами металлопротеиназы и, в частности, для ТАСЕ и аггреканазы. Также никаких биологических данных продемонстрировано не было.
В опубликованной патентной заявке РСТ № WO 02/074752 описан синтез производных гидантоина в качестве ингибиторов матриксных металлопротеиназ. Они представляют собой первый ряд производных гидантоина в качестве ингибиторов ММР с общей структурой
1
2
6
где Y, Y, R, В и G хорошо определены. В целом указано, что эти соединения проявили ингибиторные активности в отношении ММР, и обнаружено, что некоторые из них являются эффективными ингибиторами ММР-12, но конкретные биологические данные отсутствуют.
В другой опубликованной патентной заявке РСТ № WO 2004/020415 раскрыта группа ингибиторов ММР-12 формулы
1
2
3
1
2
50
где R, R, R, X, Y, Z, Z, L и G хорошо определены. Приведены значения IC некоторых соединений, но отсутствуют конкретные данные по избирательности.
Производные гидантоина представляют собой новый класс ингибиторов ММР. Желательно обнаружить еще новые соединения из этого класса с улучшенными специфичностью, эффективностью и фармакологическими характеристиками.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении авторами предложена новая группа производных гидантоина формулы (IV)
где R представляет собой
фенил-(IVa),
4-бензилоксифенил-(IVb),
4-дифенил-(IVc),
4-метоксифенил-(IVd),
3-метоксифенил-(IVe),
2-метоксифенил-(IVf),
3,5-диметоксифенил-(IVg),
4-хлорфенил-(IVh),
3-хлорфенил-(IVi),
2-хлорфенил-(IVj),
4-метилфенил-(IVk),
3-метилфенил-(IVo),
2-метилфенил-(IVp) или
3-трифторметилфенил-(IVq).
Соединения формулы (IV) являются ингибиторами ММР-12 и могут быть использованы в лечении заболеваний или состояний, опосредованных ММР-12, таких как астма, хронические обструктивные заболевания легких (ХОЗЛ), артрит, рак, заболевание сердца и нефрит.
Различные признаки новизны, которые характеризуют данное изобретение, конкретно указаны в прилагаемой формуле изобретения и составляют часть описания. Для лучшего понимания изобретения, его действительных преимуществ и конкретных задач, решаемых его применением, следует сделать ссылку на графические материалы и содержание описания, в котором проиллюстрированы и описаны предпочтительные воплощения изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На чертеже проиллюстрирована реакционная схема синтеза соединений по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Получение соединений по изобретению
Исходя из доступности химических реагентов и простоты условий реакций соединения по настоящему изобретению были синтезированы с использованием способов, описанных ниже, и общая схема синтеза показана на чертеже. Эти способы представлены здесь только для примера, но не для ограничения настоящего изобретения.
Общие методики
1
-1
-1
6
H ЯМР записывали на приборе Bruker AC300. Пики хлороформа-d (7,27 млн) и диметилсульфоксида-d (2,50 млн) использовали в качестве внутреннего стандарта. Масс-спектры получали посредством масс-спектрометрии Turbo Ion Spray (Sciex API 4000). Колоночную хроматографию проводили, используя EMD силикагель 60. Тонкослойную хроматографию проводили, используя силикагель 60 F254s (500 мкм для препаративной хроматографии) и J.Т.Baker's Baker-flex силикагель IB2-F (аналитический). Чистоту соединений анализировали на системе для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) Shimadzu. Все реагенты и растворители имели лабораторную степень чистоты и использовались непосредственно.
Пример 1 Получение 3-бромфуран-2-карбоксальдегида (I):
2
4
К раствору свежеприготовленного LDA (6,80 ммоль) в ТГФ (4 мл) при -78°С медленно добавляли 3-бромфуран (1,00 г, 6,80 ммоль) в ТГФ (5 мл). После перемешивания в течение 15 мин добавляли по каплям ДМФ (0,56 мл, 7,20 ммоль) в ТГФ (2 мл). Полученную в результате смесь перемешивали в течение 1 часа при -78°С и затем оставляли нагреваться до комнатной температуры. Реакционную смесь гасили водой и экстрагировали EtOAc (2×50 мл). Объединенные органические экстракты промывали HO, рассолом и сушили (MgSO). После удаления растворителя при пониженном давлении, в результате колоночной хроматографии остатка (силикагель, EtOAc/гексан, 20:80) получили соединение, указанное в заголовке, в виде масла (0,49 г, 41%), которое отвердевало после охлаждения.
+
MS: (M+H)=175,177.
1
H ЯМР: 9.74-9.72 (1Н, d), 7.64-7.63 (1Н, m), 6.675-6.66 (1Н, d).
Получение 3-(4-гидроксифенил)-тиофуран-2-карбоксальдегида (II):
4
К раствору 4-меркаптофенола (5 г, 40 ммоль) в 100 мл ТГФ медленно добавляли гидрид натрия (2,5 г, 104 ммоль). Эту смесь перемешивали в течение 10 мин и медленно добавляли 4,4 г (25 ммоль) 3-бромфуран-2-карбоксальдегида. Реакционную смесь перемешивали в течение 5 часов и продукт экстрагировали EtOAc. Экстракт сушили над MgSO. EtOAc удаляли на роторном испарителе. Остаток очищали путем колоночной хроматографии на силикагеле с последующей кристаллизацией, в результате которой получили 4,2 г соединения, указанного в заголовке.
+
MS:(M+H)=221.
1
H ЯМР: 9.77-9.757 (1Н, s), 7.495-7.485 (1Н, d), 7.47-7.417 (2H, m), 6.925-6.822 (2H, m), 6.082-6.067 (1Н, d), 5.6-5.5 (1H, s).
2
Получение R-CH-замещенного 3-(4-гидроксифенил)-тиофуран-2-карбоксальдегида (III):
2
Смесь RCHX (5,1 ммоль), 3-(4-гидроксифенил)-тиофуран-2-карбоксальдегида (600 мг, 2,7 ммоль) и карбоната калия (1,5 г, 10,9 ммоль) в 40 мл ацетонитрила кипятили с обратным холодильником в течение 3-7 часов и продукт экстрагировали EtOAc. После удаления EtOAc остаток очищали путем перекристаллизаци или хроматографии на силикагеле, в результате чего получили соединение III, указанное в заголовке.
Получение соединения IV:
4
2
3
2
Смесь III (0,3 ммоль), 260 мг (NH)СО, 33 мг KCN, 2 мл EtOH и 1 мл HO в герметично закрытой пробирке нагревали при 60-70°С в течение 20 часов. Затем реакционную смесь экстрагировали EtOAc. После удаления EtOAc остаток очищали путем тонкослойной хроматографии, а затем перекристаллизовывали. Все конечные продукты показали правильную молекулярную массу и спектры ЯМР.
IVa, 5-[3-(4-Бензилоксифенилтио)фур-2-ил]имидазолин-2,4-дион
+
MS: (M+H)=381,5
Н ЯМР: 11.06-10.95 (1Н, s), 8.44-8.32 (1Н, s), 7.83-7.75 (1H,d), 7.51-7.30 (5H, m), 7.30-7.20 (2H, m), 7.05-6.92 (2H, m), 6.55-6.45 (1Н, d), 5.52-5.42 (1Н, d), 5.16-5.01 (2H, s).
IVb, 5-{3-[4-(4-Бензилоксибензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=485,8
Н ЯМР: 11.02-11.00 (1Н, s), 8.39-8.365 (1Н, d), 7.79-7.775 (1Н, d), 7.47-7.24 (8H, m), 7.04-6.94 (4H, m), 6.495-6.48 (1Н, d), 5.475-5.462 (1Н, d), 5.12-5.09 (2H, s) и 5.000-4.975 (2H, s).
IVc, 5-{3-[4-(4-Дифенилметокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=455,0
Н ЯМР: 5-{3-[4-(4-Дифенилметокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион (QPS021),
11.07-10.98 (1Н, s), 8.40-8.36 (1Н, s), 7.81-7.77 (1Н, d), 7.74-7.62 (4H, m), 7.58-7.32 (5H, m), 7.32-7.25 (2H, m), 7.05-6.95 (2H, m), 6.53-6.48 (1Н, d), 5.50-5.45 (1H,d), 5.17-5.13 (2H, s).
IVd, 5-{3-[4-(4-Метоксибензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=409,0
Н ЯМР: 11.09-10.91 (1Н, s), 8.40-8.36 (1Н, s), 7.79-7.75 (1Н, d), 7.42-7.23 (4H, m), 7.00-6.90 (4H, m), 6.53-6.48 (1Н, d), 5.56-5.41 (1Н, d) 5.08-4.88 (2H, s), 3.84-3.62 (3H, s).
IVe, 5-{3-[4-(3-Метоксибензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=409,0
Н ЯМР: 11.03-10.98 (1Н, s), 8.44-8.31 (1Н, s), 7.84-7.74 (1Н, d), 7.36-7.21 (3H, m), 7.06-6.93 (4H, m), 6.92-6.85 (1Н, m), 6.54-6.46 (1Н, d), 5.52-5.43 (1Н, d), 5.11-5.00 (2H, s), 3.81-3.69 (3H, s).
IVf, 5-{3-[4-(2-Метоксибензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=409,0
Н ЯМР: 11.04-10.97 (1Н, s), 8.40-8.36 (1Н, s), 7.81-7.77 (1Н, d), 7.40-7.24 (4Н, m), 7.08-6.92 (4H, m), 6.52-6.48 (1Н, d), 5.50-5.46 (1Н, d), 5.05-5.02.
IVg, 5-{3-[4-(3,5-Диметоксибензокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=439,0
Н ЯМР: 11.04-10.96 (1Н, s), 8.41-8.34 (1Н, s), 7.82-7.75 (1Н, d), 7.31-7.22 (2H, d), 7.02-6.92 (2H, d), 6.62-6.54 (2H, d), 6.53-6.46 (1Н, d), 6.46-6.39 (1Н, t), 5.50-5.44 (1Н, d), 5.06-4.97 (2H, s), 3.80-3.66 (6H, s).
IVh, 5-{3-[4-(4-Хлорбензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS:(M-H)=413,0, 415,0
Н ЯМР: 11.09-10.95 (1Н, s), 8.49-8.27 (1Н, s), 7.80-7.78 (1Н, d), 7.47-7.42 (4H, s), 7.33-7.23 (2H, d), 7.00-6.95 (2H, d), 6.53-6.48 (1Н, d), 5.50-5.45 (1Н, d), 5.13-5.08 (2H, s).
IVi, 5-{3-[4-(3-Хлорбензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=413,0, 415,0
Н ЯМР: 11.05-10.94 (1Н, s), 8.45-8.31 (1Н, s), 7.82-7.75 (1Н, d), 7.53-7.35 (4H, m), 7.32-7.22 (2H, m), 7.05-6.93 (2H, m), 6.54-6.44 (1Н, d), 5.52-5.42 (1Н, d), 5.18-5.03 (2H, s).
IVj, 5-{3-[4-(2-Хлорбензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=413,0, 415,0
Н ЯМР: 11.05-10.96 (1Н, s), 8.42-8.33 (1Н, s), 7.84-7.74 (1Н, d), 7.63-7.35 (4H, m), 7.33-7.24 (2H, m), 7.06-6.95 (2H, m), 6.54-6.48 (1Н, d), 5,51-5.45 (1Н, d), 5.18-5.08 (2H, s).
IVk, 5-{3-[4-(4-Метилбензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=393,0
Н ЯМР: 11.04-10.96 (1Н, s), 8.84-8.34 (1Н, s), 7.82-7.76 (1Н, d), 7.36-7.14 (6H, m), 7.02-6.92 (2H, m), 6.51-6.46 (1Н, d), 5.50-5.43 (1Н, d), 5.06-4.99 (2H, s), 2.34-2.24 (3H, s).
IVo, 5-{3-[4-(3-Метил-бензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=393,0
Н ЯМР: 11.04-10.97 (1Н, s), 8.41-8.34 (1Н, s), 7.82-7.76 (1Н, d), 7.35-7.10 (6H, m), 7.02-6.93 (2H, m), 6.52-6.46 (1Н, d), 5.50-5.44 (1Н, s), 5.08-5.00 (2H, s), 2.34-2.28 (3H, s).
IVp, 5-{3-[4-(2-Метил-бензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=393,0
Н ЯМР: 11.04-10.97 (1Н, s), 8.43-8.34 (1Н, s), 7.82-7.76 (1Н, d), 7.42-7.34 (1Н, d), 7.33-7.15 (5H, m), 7.06-6.97 (2H, m), 6.54-6.48 (1Н, d), 5.51-5.44 (1Н, d), 5.11-5.02 (2H, s), 2.35-2.27 (3H, s).
IVq, 5-{3-[4-(3-Трифторметил-бензилокси)фенилтио]фур-2-ил}имидазолидин-2,4-дион
-
MS: (M-H)=447,0
Н ЯМР: 11.03-10.97 (1Н, s), 8.40-8.33 (1Н, t), 7.85-7.59 (6H, m), 7.34-7.21 (2H, m), 7.05-6.97 (2H, m), 6.51-6.48 (1Н, d), 5.48-5.46 (1Н, d), 5.30-5.24 (1Н, d), 5.22-5.16 (2H, s).
50
Все соединения, перечисленные выше, показали ингибиторную активность в отношении ММР-12 с различной эффективностью (все IC ниже чем 0,3 мкМ) и избирательностью по сравнению с другими ММР, определенной путем анализов ММР, как описано ниже.
Анализы ингибирования ММР
2
2
50
50
Ферментативные активности ММР анализировали согласно протоколам изготовителя (Biomol Reseaerch Laboratory, Inc. E-mail: info@biomol.com). Все ферменты представляют собой рекомбинантные человеческие активные домены из Е. coli (Biomol). Флуоресцентный субстрат имеет последовательность (7-метоксикумарин-4-ил)ацетил-Pro-Leu-Gly-Leu-N-3-(2,4-динитрофенил)-L-α,β-диаминопропионил-Ala-Arg-NH.АсОН. Все анализы проводили при комнатной температуре с использованием 96-луночного планшета с черным плоским дном (Nalge Nunc International, номер по каталогу 465200). Кратко, определенное количество фермента в 89 мкл аналитического буфера (50 мМ Hepes, 10 мМ CaCl, 0,05% Brij 35, рН 7,5) инкубировали с ингибитором (7 концентраций на опыт) или без ингибитора (в 1 мкл ДМСО или только 1 мкл ДМСО) в течение 20 мин. Затем ферментативную реакцию инициировали добавлением субстрата (40 мкМ в 10 мкл аналитического буфера, и конечная концентрация субстрата составляла 4 мкМ). Активность определяли путем измерения флуоресценции при Ех/Em=328 нм/393 нм, и она была линейной в пределах 2 часов. Флуоресценцию считывали при 0 и 20 или 40 мин. Считывание в момент времени 0 следует рассматривать в качестве фона и вычитать из конечного считывания. Значения IC получали путем нанесения на график флуоресценции против концентраций ингибиторов каждого анализа с использованием программного обеспечения Prism. Полученные значения IC находились в интервале от 0,007 мкМ до 0,26 мкМ. Исследования механизма позволили выявить, что ингибиторы являются конкурентными. Для конкурентного ингибитора:
i
50
K=IC/(1+[S]/Km)
50
50
50
В условиях анализа [S](4 мкМ) меньше, чем Km (20 мкМ для ММР-12). Таким образом, Ki равна IC/1,2, что немного меньше, чем IC, или приблизительно равно IC.
50
Как показано с помощью приведенной ниже таблицы, все соединения, протестированные в вышеописанных анализах, проявляют желаемую активность и благоприятный профиль избирательности. Значения IC в отношении ММР-12 попадают в интервал 1-300 нМ, поэтому все они считаются активными. Большинство из приведенных выше соединений не проявляют ингибирования в отношении ММР-1 и ММР-7 при 10 мкМ. Их избирательность в отношении ММР-12 по сравнению с ММР-2, ММР-3, ММР-9 и ММР-13 находится в интервале значений от 50- до 1000-кратных.
Соединение
IC<sub>50</sub> (мкМ)
ММР-12
ММР-1
ММР-2
ММР-3
ММР-7
ММР-9
ММР-13
IVa
0,013
>40
0,447
2,099
63,67
0,7266
1,072
IVb
0,084
>40
1,18
0,3829
1,882
4,468
0,3353
IVc
0,131
>40
1,735
35,91
1,039
3220
0,7065
IVd
0,01
>40
0,422
0,3176
7,6
0,74
0,26
IVe
0,019
>40
2,009
3,624
27,43
3,755
2,438
IVf
0,202
>40
232,832
603601
315599
30,38
11,63
IVg
0,264
>40
ND
7,947
309192
35,77
16,82
IVh
0,007
>40
0,235
0,1569
7,451
0,2551
0,3291
IVi
0,022
>40
1,022
0,2975
675,9
1,441
0,7728
IVj
0,057
>40
1,845
1,093
64248
1,131
2,415
IVk
0,015
>40
0,612
0,5863
30,88
0,4724
0,6435
IVo
0,011
>40
1,115
1,35
46,73
2,954
1,953
IVp
0,042
>40
7,032
4,044
539384
2,075
4,261
IVq
0,034
>40
2,13
3,312
5095
2,884
2,062
Данное изобретение не ограничено воплощениями, описанными выше, которые представлены только в качестве примеров, но могут быть модифицированы различными путями в пределах объема защиты, определенного прилагаемой патентной формулой изобретения.