DE102022115963A1

DE102022115963A1 - Azabicycloalkane und Verfahren zur Herstellung von Azabicycloalkanen

Info

Publication number: DE102022115963A1
Application number: DE102022115963.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Wünsch; Luca Silvano Blicker; Thomas Schidelko; Dirk Schepmann
Original assignee: Westfaelische Wilhelms Universitaet Muenster
Current assignee: Westfaelische Wilhelms Universitaet Muenster
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Azabicycloalkans, insbesondere eines Azabicyclo[3.3.1]nonans (Morphans), gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII), Azabicycloalkan gemäß der allgemeinen Formeln (VI) oder (VII), sowie deren Verwendung zur Herstellung eines Arzneimittels, insbesondere zur Behandlung oder Diagnose von neuropathischen Schmerzen, Depressionen, Schizophrenie, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorerkrankungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Azabicycloalkanen, insbesondere von Azabicyclo[3.3.1]nonanen (Morphanen), sowie Azabicycloalkane insbesondere Azabicyclo[3.3.1]nonane (Morphane).
Viele Wirkstoffe, die unterschiedliche biologische Zielstrukturen adressieren, besitzen als gemeinsames Strukturmerkmal eine Morphan-Partialstruktur. Zu diesen Wirkstoffen zählen Opioid-Rezeptor-Agonisten wie Morphin und Pentazocin, Opioid-Rezeptor-Antagonisten wie Naloxon, sowie Antitussiva wie Codein und Dextromethorphan. Morphanderivate sind daher potentiell von hoher therapeutischer Bedeutung.
Synthesen zum Aufbau des Morphan-Gerüstes sind bereits beschrieben. Beispielsweise beschreiben Li et al., Nature Chemistry, Vol 5, June 2003, die Cyclisierung des C-H-Aminierungsprodukts von Carvon durch Aza-Michael-Addition, die zu einem verbrückten bicyclischen Carvon-Derivat führt. Die Produkte der bekannten Synthesen sind jedoch entweder nicht enantiomerenrein, was in Medikamenten zu Nebenwirkungen führen kann, weisen wenige funktionelle Gruppen geeignet für eine Derivatisierung auf, oder sind aufwändig zu synthetisieren.
Aufgrund der Schwierigkeiten, enantiomerenreine Morphanderivate, welche weiter diversifiziert werden können, durch chemische Synthese herzustellen, besteht ein beträchtliches Interesse an verbesserten oder alternativen Herstellungsverfahren. Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Herstellung von Morphanderivaten durch chemische Synthese erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Azabicycloalkans, insbesondere eines Azabicyclo[3.3.1]nonans (Morphans), gemäß Anspruch 1. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch Azabicycloalkane, insbesondere Azabicyclo[3.3.1]nonane, gemäß Anspruch 5, Arzneimittel umfassend derivatisierte Azabicyclo[3.3.1]nonane gemäß Anspruch 9, sowie deren Verwendung gemäß Anspruch 10.
Das zur Verfügung gestellte Verfahren zur Herstellung eines Azabicycloalkans, insbesondere eines Azabicyclo[3.3.1]nonans (Morphans), umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) oder (II):
worin:

R1

gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;

R2

ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;

R3, R4, R5, R6

gleich oder verschieden voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;

R8

ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, OH, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl, Aryl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkinyloxy, Cycloalkyloxy, Aryloxy, NHR^N, NR^N ₂, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;

RN

gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl;

m

ist 0, 1, 2 oder 3;

n

ist 0, 1, 2 oder 3;

o

ist 0, 1, 2 oder 3;

p

ist 0, 1, 2 oder 3;
b) Umsetzen der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) zu einem Epoxid gemäß der allgemeinen Formel (III) oder der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (II) zu einem Epoxid gemäß der allgemeinen Formel (IV):
und
c) Cyclisieren des Epoxids gemäß der allgemeinen Formel (III) oder (IV) durch Umsetzen mit einem Amin der Formel (V) H₂NR⁷, worin R⁷ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist, zu einem Azabicycloalkan, insbesondere einem Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan), gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII):

Die Erfindung stellt eine kurze Synthesemöglichkeit zur Herstellung von Azabicycloalkanen, insbesondere Azabicyclo[3.3.1]nonanen (Morphanen), zur Verfügung. Hierbei sind aus monocyclischen Verbindungen durch Umsetzung zum Epoxid und dessen Cyclisierung Morphane mit zur Derivatisierung geeigneten Substititionsmustern erhältlich. Insbesondere sind aus monocyclischen Terpenoiden, die als Naturstoffe isolierbar oder kommerziell, vorteilhafterweise preisgünstig, erhältlich sind, insbesondere chirale Morphanderivate erhältlich. In vorteilhafter Weise sind insbesondere enantiomerenreine Morphane herstellbar. Insbesondere erlaubt das Verfahren somit eine stereoselektive Herstellung der als Arzneiwirkstoff geeigneten Morphane.
Unter dem Begriff „chiral“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung verstanden, die wenigstens ein Stereozentrum aufweist, dessen Substituenten ihre relative Lage zueinander nicht ändern können, wodurch verschiedene räumliche Anordnungen möglich sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einem Molekül ein Kohlenstoffatom vier verschiedene Substituenten trägt. Dieses Kohlenstoffatom wird als Stereozentrum oder Chiralitätszentrum bezeichnet.
Der Begriff „Alkyl“ umfasst, wenn nicht anders angegeben, geradkettige und verzweigte Alkylgruppen. Bevorzugt ist C₁-C₂₀-Alkyl, wobei der Begriff „C₁-C₂₀-Alkyl“, wenn nicht anders angegeben, geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen umfasst, insbesondere C₁-C₁₀-Alkyl umfassend, wenn nicht anders angegeben, geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Bevorzugte C₁-C₁₀-Alkylgruppen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Pentyl, Isopentyl, Neopentyl, Hexyl, Isohexyl Heptyl, Isoheptyl, Octyl, Isooctyl, 2-Ethylhexyl, Neooctyl, Nonyl, Isononyl, Neononyl, Decyl, Isodecyl und/oder Neodecyl.
Der Begriff „Alkenyl“ umfasst geradkettige oder verzweigte Alkenylgruppen. Bevorzugt ist C₂-C₂₀-Alkenyl, wobei der Begriff „C₂-C₂₀-Alkenyl“ geradkettige oder verzweigte Alkenylgruppen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen umfasst. Insbesondere bevorzugt iat C₂-C₁₀-Alkenyl umfassend geradkettige oder verzweigte Alkenylgruppen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen. Bevorzugte C₂-C₁₀-Alkenylgruppen umfassen eine Doppelbindung wie Ethenyl, Propenyl, Butenyl, oder Decenyl.
Der Begriff „Alkinyl“ umfasst geradkettige oder verzweigte Alkinylgruppen. Bevorzugt ist C₂-C₂₀-Alkinyl mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere C₂-C₁₀-Alkinyl. Bevorzugte C₂-C₁₀-Alkinylgruppen umfassen eine Dreifachbindung wie wie Ethinyl, Propinyl, Butinyl, oder Decinyl.
Der Begriff „Aryl“ umfasst bevorzugt C₆-C₁₀-Arylgruppen umfassend aromatische Reste mit 6 bis 10 Kohlenstoff-Atomen. C₆-C₁₀-Arylgruppen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Phenyl und/oder Naphthyl, vorzugsweise Phenylgruppen.
Der Begriff „Cycloalkyl“ umfasst bevorzugt C₃-C₁₀-Cycloalkylgruppen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Cyclopentyl und/oder Cyclohexyl.
Der Begriff „Alkyloxy“ umfasst bevorzugt C₁-C₁₀-Alkyloxygruppen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methoxy, Ethoxy, lineares oder verzweigtes Propoxy und/oder Butoxy.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Arylalkyl“ so zu verstehen, dass dieser über den Alkylteil gebunden ist. Der Arylteil kann 6 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen und der Alkylteil 1 bis 6 Kohlenstoffatome, bevorzugt ist Phenylalkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylteil, insbesondere Benzyl.
Der Begriff „Halogen“ umfasst Fluor, Chlor, Brom oder Jod, wobei insbesondere Fluor oder Chlor bevorzugt sind.
Wenn in einer Verbindung Reste wie R¹ mehrfach auftreten können, können diese jeweils unabhängig voneinander gewählt sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich Verbindungen, die arabisch nummeriert sind, von römischen nummerierten Verbindungen, d.h. es handelt sich jeweils um unterschiedliche Verbindungen.
Vorteile des Verfahrens ergeben sich ferner daraus, dass das Verfahren die Herstellung von Morphanen in präparativ einfacher Form und unter milden Bedingungen erlaubt. Hierdurch ist das Verfahren schnell und wirtschaftlich durchführbar. Zudem sind hohe Umsätze und hohe Ausbeuten an enantiomerenangereicherten oder enantiomerenreinem Produkt erzielbar.
Die Umsetzung der monocyclischen Verbindung, insbesondere eines monocyclischen Terpenoids, zum Epoxid erfolgt vorzugsweise durch Umsetzen in einer Prileschaew-Reaktion mit einem elektrophilen Epoxidierungsreagenz, vorzugsweise meta-Chlorperbenzoesäure im Überschuss, beispielsweise in der 1,5-fachen molaren Menge in Bezug auf das Terpenoid. Die Umsetzung kann bei 0°C bis Raumtemperatur (20±5°C), in aprotisch-organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Dichlormethan, erfolgen. Vorzugsweise wird die Reaktion nach 3 bis 24 Stunden beendet, beispielsweise durch Zugabe eines schwefelhaltigen Reduktionsmittels wie Natriumthiosulfat.
Die Cyclisierung des Epoxids zum Azabicycloalkan erfolgt durch Umsetzen mit einem primären Amin H₂NR⁷. Hierbei kann R⁷ vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend H, C₁-C₁₀-Alkyl, C₇C₁₀-Arylalkyl, insbesondere Benzyl, und Aryl. Das primäre Amin ist bevorzugt Benzylamin, insbesondere für den Fall, dass eine spätere Hydrogenolyse der Aminogruppe vorgesehen ist. Vorzugsweise wird das Amin im Überschuss, beispielsweise in der doppelten molaren Menge in Bezug auf das oder die Epoxid(e) zugegeben. Die Umsetzung kann unter Rückfluss erfolgen, beispielsweise unter Zugabe von LiClO₄ und Benzylamin in Acetonitril oder unter Zugabe von Benzylamin in Methanol.
Verwendbare Lösungsmittel sind ausgewählt aus der Gruppe der polar-aprotischen Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril, insbesondere wenn zusätzlich LiClO₄ in der Reaktionsmischung vorliegt, oder aus der Gruppe der protischen Lösungsmittel, vorzugsweise Methanol. Die Reaktionszeit kann im Bereich von 12 bis 72 Stunden liegen. Die Cyclisierung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 60°C bis 90°C.
Durch das Verfahren werden Morphane mit zur weiteren Derivatisierung geeigneten Substitutionsmustern erhalten. Die erhaltenen Azabicycloalkane insbesondere Morphane der allgemeinen Formeln (VI) und (VII) besitzen drei funktionelle Gruppen. Die polare Hydroxygruppe kann erhalten bleiben oder in einem weiteren Reaktionsschritt modifiziert, beispielsweise verethert oder verestert, werden. Hierdurch lässt sich steuern, wie gut eine Verbindung Membranen und biologische Barrieren wie die Blut-Hirn-Schranke passieren kann.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das in Schritt c) erhaltene Azabicycloalkan, insbesondere Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan), gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII) durch Reaktion der Carbonylgruppe und/oder der Aminogruppe derivatisiert. Die Carbonylgruppe und die Aminogruppe erlauben es, weitere funktionelle Gruppen und Substituenten in das Molekül einzuführen. Beispielsweise sind klassische Reaktionen von Ketonen wie Wittig-artige-Reaktionen, oder Aldolkondensationen möglich. Insbesondere kann durch Umsetzen der Ketogruppe, beispielsweise mit Phenylhydrazin in einer Fischer-Indol-Synthese, ein weiteres Ringsystem eingefügt werden. Benzylsubstituierte Amine können hydrogenolytisch gespalten und anschließend, beispielsweise durch Alkylierung, reduktive Alkylierung oder Acylierung, derivatisiert werden. Carbonsäuren und Carbonsäureester können beispielsweise einem Carbonsäureabbau oder Amidkupplung unterzogen werden. Hierdurch kann beispielsweise die Wechselwirkung mit Target-Proteinen eingestellt oder optimiert werden. Die durch das Verfahren erhaltenen derivatisierbaren Morphane erlauben es, durch schnelle und einfache Modifikationen Substanzbibliotheken aufzubauen und hierdurch fundierte Struktur-Wirkungs-Beziehungen, insbesondere zwischen Morphanderivat und Target-Protein, abzuleiten.
α- und β-Position der Michaelakzeptoren der in Schritt a) bereitgestellten monocyclischen Ausgangsstoffe sind vorzugsweise Teil fünfgliedriger, sechsgliedriger oder siebengliedriger Ringe. Die Alkene sind dabei über ein bis drei Kohlenstoffatome mit dem β-Kohlenstoffatom der Michaelakzeptoren verbunden (n = 0, 1, 2 und p = 0, 1, 2). Bevorzugt werden als Produkte (VI) und (VII) Bicyclooctane, Bicyclononane und Bicyclodecane hergestellt.
Die in Schritt a) bereitgestellten monocyclischen Ausgangsstoffe sind vorzugsweise monocyclische Terpenoide. Unter dem Begriff Terpenoide sind eine Stoffgruppe an Naturstoffen oder verwandten Verbindungen zu verstehen, die sich strukturell vom Isopren ableiten lassen. Terpene und Terpenoide kommen in der Natur häufig vor und bilden die größte Naturstofffamilie. Beispielsweise bilden Terpene bzw. Terpenoide die hauptsächlichen Bestandteile der aus einer Pflanze gewonnenen ätherischen Öle. Aus diesen und anderen Pflanzenextrakten sind sie durch Destillation, Extraktion oder chromatographisch isolierbar. Viele Terpenoide sind in größerer Menge preisgünstig erhältlich. In der Natur zählen Cyclisierungsreaktionen von Terpenen und Terpenoiden zu den komplexesten chemischen Reaktionen und tragen maßgeblich zur Strukturvielfalt dieser Naturstofffamilie bei. Die monocyclischen Terpenoide als Ausgangsstoff umfassen einen Michael-Akzeptor sowie ein Alken, dessen α-Position Teil eines Ringsystems ist. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind je nach Terpenoid Azabicyclo-Verbindungen verschiedener Ringgröße mit neuartigen Substitutionsmustern herstellbar.
Bevorzugte monocyclische Terpenoide basieren auf 5- oder 6-gliedrigen Ringen. In bevorzugten Ausführungsformen der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) ist m gleich 1 und n ist 0 oder 1. In bevorzugten Ausfuhrungsformen der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (II) ist o gleich 1 oder 2 und p ist 1. Vorzugsweise sind R³, R⁴, R⁵ und R⁶ Wasserstoff. Insbesondere am Ring nicht substituierte Verbindungen sind als Naturstoff erhältlich. Vorzugsweise sind R¹ Wasserstoff und R² ist Wasserstoff oder Methyl. Weiter bevorzugt ist R⁸ Wasserstoff oder OH.
Besonders bevorzugte monocyclische Terpenoide sind ausgewählt aus Perillaaldehyd, Perillasäure und Carvon. Im Fall von Carvon sind R³, R⁴, R⁵ und R⁶ Wasserstoff, R¹ ist Wasserstoff, R² ist Methyl, m ist 1 und n ist 1. Im Fall von Perillaaldehyd sind R³, R⁴, R⁵ und R⁶ Wasserstoff, R⁸ ist Wasserstoff, R⁹ ist Wasserstoff, o ist 2 und p ist 1. Im Fall von Perillasäure sind R³, R⁴, R⁵ und R⁶ Wasserstoff, R⁸ ist OH, R⁹ ist Wasserstoff, o ist 2 und p ist 1.
Bevorzugt stellt man in Schritt a) Perillaaldehyd, Perillasäure oder Carvon zur Verfügung, Derivatisiert zum Epoxid, Cyclisiert das Epoxid zur jeweiligen Azabicyclo-Verbindung, und Derivatisiert optional, beispielsweise zum Indolderivat.
Bevorzugt sind Ausführungsformen des Verfahrens, wobei man in Schritt:

a1) Perillaaldehyd der Formel (1) oder Perillasäure der Formel (2) bereitstellt:
a2) Perillaaldehyd (1) zu Perillasäure oxidiert, und nachfolgend die hierdurch erhaltene oder in Schritt a1) bereitgestellte Perillasäure (2) zum Perillasäureester (3) verestert:
worin

RO

ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Alkyl, Cycloalkyl, Arylalkyl und Aryl;
b) den Perillasäureester der Formel (3) zu einem Epoxid der Formel (4) umsetzt:
und
c) das Epoxid der Formel (4) mit einem primären Amin H₂NR⁷ zu einem Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) der Formel (5) umsetzt:

R° ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend C₁-C₅-Alkyl, C₅-C₆-Cycloalkyl, C₇-C₁₀-Arylalkyl, insbesondere Benzyl, und C₆-C₁₀-Aryl. Bevorzugt sind kurzkettige Ester, wobei R° vorzugsweise Methyl oder Ethyl ist. R⁷ ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend H, C₁-C₅-Alkyl, C_7-C₁₀-Arylalkyl insbesondere Benzyl (Bn), und C₆-C₁₀-Aryl. Vorzugsweise ist das primäre Amin Benzylamin oder Methylamin.
Die Reaktion von Perillasäuremethylester kann beispielsweise mit Methanol unter Rückfluss durchgeführt werden. Es ist möglich, ausgehend von (S)-Perillaldehyd ausschließlich das (4-(R))-Epoxid in das (1S,4R,5S)-Morphanderivat zu überführen, während das (4-(S))-Epoxid durch Epoxidringöffnung auf der Stufe des monocyclischen Aminoalkohols verbleibt.
In vorteilhafter Weise sind chirale Morphane mit exzellentem Enantiomerenüberschuss, in enantiomerenangereicherter, insbesondere enantiomerenreiner Form, erzielbar. Als Ausgangsstoffe sind natürlich vorkommende chirale Verbindungen wie (S)-Perillaaldehyd verwendbar, wobei das Endprodukt in wenigen Schritten erhältlich ist.
Beispielsweise ist ausgehend von (S)-Perillaaldehyd durch Oxidation, Veresterung, Epoxidierung und Cyclisierung wie vorstehend beschrieben das chirale Morphan erhältlich:
Bevorzugt sind ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, wobei man in Schritt:

a) Carvon der Formel (6) bereitstellt:
b) das Carvon der Formel (6) zu einem Epoxid der Formel (7) umsetzt:
und
c) das Epoxid der Formel (7) mit einem primären Amin H₂NR⁷, zu einem Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) der Formel (8) umsetzt:

R⁷ ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend H, C₁-C₅-Alkyl, C₇-C₁₀-Arylalkyl insbesondere Benzyl (Bn), und C₆-C₁₀-Aryl. Vorzugsweise ist das primäre Amin Benzylamin oder Methylamin.
Es wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Carvon in situ eine Epoxidöffnung, als auch Aza-Michael-Reaktion stattfinden, die zusammen mit hohen Ausbeuten von bis zu 75% abläuft. Die Reaktion ausgehend von Carvon war sowohl unter Verwendung von Methanol im Rückfluss als auch unter Verwendung von Acetonitril und einer Lewissäure wie LiClO₄, hierbei jedoch nicht ohne Lewissäure durchführbar.
Beispielsweise ist ausgehend von (R)-Carvon durch Epoxidierung und Cyclisierung wie vorstehend beschrieben das chirale Morphan (1S,5R)-(8a) in zwei Reaktionsschritten erhältlich:
Unter Verwendung der beschriebenen enantiomerenreinen Edukte entstanden keine Racemate. Grundsätzlich sind jedoch Methoden zur Trennung von Racematen bekannt. Eine Trennung kann insbesondere nach chromatographischen Methoden, vorzugsweise mittels chiraler Hochleistungsflüssigkeitchromatographie (high performance liquid chromatography, HPLC) oder Säulenchromatographie erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Azabicycloalkane, insbesondere Azabicyclo[3.3.1]nonane (Morphane), gemäß der allgemeinen Formeln (VI) oder (VII) sowie deren Salze oder Ester:
worin:

R1: gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;
R2: ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;
R3, R4, R5, R6: gleich oder verschieden voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;
R7: ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;
R8: ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, OH, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl, Aryl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkinyloxy, Cycloalkyloxy, Aryloxy, NHR^N, NR^N ₂, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist;
RN: gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl;
m: ist 0, 1, 2 oder 3;
n: ist 0, 1, 2 oder 3;
o: ist 0, 1, 2 oder 3;
p: ist 0, 1, 2 oder 3.

Für die Beschreibung der Substituenten wird weiter auf die vorstehenden Ausführungen zum Verfahren verwiesen.
Bevorzugte Morphane weisen einen 5- oder 6-gliedrigen Ring auf, wobei in bevorzugten Ausführungsformen des Morphans der allgemeinen Formel (VI) m gleich 1 ist und n ist 0 oder 1. In bevorzugten Ausführungsformen des Morphans der allgemeinen Formel (VII) ist o gleich 1 oder 2 und p ist 1. Vorzugsweise sind R³, R⁴, R⁵ und R⁶ Wasserstoff. Vorzugsweise sind R¹ Wasserstoff. Vorzugsweise ist R² Wasserstoff oder Methyl. Weiter bevorzugt ist R⁸ C₁-C₅-Alkoxy oder C₇-C₁₀-Arylalkyl. Vorzugsweise ist R⁷ Benzyl oder Methyl.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Azabicycloalkan ein Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der Formel (5a), insbesondere ein chirales Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der Formel (1S,5S)-(5a) oder deren Salze oder Ester:
In weiter bevorzugten Ausführungsformen ist das das Azabicycloalkan ein Azabicyclo[3.3.1]nonanon (Morphan) gemäß der Formel (8a), insbesondere ein chirales Azabicyclo[3.3.1]nonanon (Morphan) gemäß der Formel (1S,5R)-(8a) oder deren Salze oder Ester:
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein derivatisiertes Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der nachstehenden Formel (9) oder dessen Salze oder Ester:
Es wurde festgestellt, dass das Indomorphanderivat der Formel (9) eine hohe Affinität und Selektivität zum σ₁-Rezeptor aufweist und somit als selektiver σ₁-Rezeptorligand wirken kann.
Die Verbindungen können vorliegen bzw. sind verwendbar in Form ihrer Salze oder Ester, insbesondere der physiologisch verträglichen Salze oder Ester, die als „pharmazeutisch verträglich“ bezeichnet werden. Vorteilhafterweise verwendbar sind beispielsweise Alkyl-, insbesondere Methyl- oder Ethylester. Vorteilhafterweise verwendbar sind insbesondere pharmazeutisch verträgliche Additionssalze. Die pharmazeutisch verträglichen Salze können Basenadditionssalze sein. Dazu zählen Salze der Verbindungen mit anorganischen Basen, wie Alkalihydroxiden, Erdalkalihydroxiden oder mit organischen Basen, wie Mono-, Di- oder Triethanolamin. Vorteilhafterweise verwendbar sind weiter Säureadditionssalze, insbesondere mit anorganischen Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure, oder mit geeigneten organischen Carbon- oder Sulfonsäuren, oder mit Aminosäuren. Verwendbare pharmazeutisch verträgliche Ester der Verbindungen sind insbesondere physiologisch leicht hydrolisierbare Ester, beispielsweise Alkyl-, Pivaloyloxymethyl-, Acetoxymethyl-, Phthalidyl-, Indanyl- und Methoxymethylenester.
Aufgrund ihrer Affinität und Selektivität gegenüber Rezeptoren sind die derivatisierten Azabicyclo[3.3.1]nonane (Morphane) der Formel (9) zur Verwendung als Arzneimittel geeignet. Insbesondere das Indomorphanderivat der Formel (9) kann eine hohe Affinität und Selektivität zum σ₁-Rezeptor aufweisen und somit als selektiver σ₁-Rezeptorligand fungieren.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Arzneimittel umfassend ein derivatisiertes Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der nachstehenden Formel (9) oder dessen pharmazeutisch verträgliche Salze oder Ester:
Ein weitere Aspekt betrifft die Verwendung eines derivatisierten Azabicyclo[3.3.1]nonans (Morphans) gemäß der nachstehenden Formen (9):
sowie dessen pharmazeutisch verträglicher Salze oder Ester zur Herstellung eines Arzneimittels.
Insbesondere das Indomorphanderivat der Formel (9) kann eine hohe Affinität und Selektivität zum σ₁-Rezeptor aufweisen und somit als selektiver σ₁-Rezeptorligand wirken. Die σ-Rezeptoren werden in σ₁- und σ₂-Rezeptoren unterteilt. Im Organismus kommen σ₁- und σ₂-Rezeptoren im zentralen Nervensystem sowie in peripheren Geweben weit verbreitet vor. Zudem weisen einige Tumorarten eine außerordentlich hohe σ-Rezeptordichte auf. Desweiteren ist bekannt, dass Liganden der σ-Rezeptoren antipsychotische Eigenschaften aufweisen können. σ₁-Rezeptor-Antagonisten können zur Therapie einer weiten Gruppe von Erkrankungen, insbesondere umfassend neuropathischen Schmerzen, Depressionen, Schizophrenie, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorerkrankungen eingesetzt werden.
Das Arzneimittel ist beispielsweise verwendbar zur therapeutischen oder prophylaktischen Behandlung und/oder zur Diagnose von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, von Tumorerkrankungen und/oder zur Immunsuppression.
Der Begriff „Erkrankungen des zentralen Nervensystems“ umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindungen neuropathologische, neuropsychiatrische und/oder neurodegenerative Erkrankungen, Symptome und/oder Fehlfunktionen. Neuropathologische, neuropsychiatrische und/oder neurodegenerative Erkrankungen, Symptome und/oder Fehlfunktionen umfassen kognitive Dysfunktion, kognitive Erkrankungen, Demenzerkrankungen insbesondere senile Demenz, Morbus Alzheimer, Gedächtnisverlust, neuropathische Schmerzen, Schmerz-bedingte Störungen, Analgesie, Migräne, diabetische Neuropathie, Fibromyalgie-Syndrom, neurodegenerative Erkrankungen und Störungen der extrapyramidalen motorischen Funktion, Morbus Parkinson, Psychosen, Depression, bipolare oder unipolare Depressionen, Hypertension oder Angstzustände, spezifische oder generalisierte Angststörungen, substanzinduzierte Angststörungen, Panikanfall, Agoraphobie, spezifische oder unspezifische Phobien, Sozialphobie, Zwangsstörungen, bipolare Störungen, Essstörungen wie Fettsucht, Magersucht, Bulimie oder Esssucht, posttraumatischer Stress, akuter Stress, pathologische Aggression, Epilepsie und Anfälle im allgemeinen, Schizophrenie, Autismus, Aufmerksamkeitsstörungen wie Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Syndrom, Schlafkrankheit, prämenstruelle dysphorische Störung, Amnesie, insbesondere substanzindizierte Amnesie, Abhängigkeit, Drogen-bedingte Störungen, Alkoholismus, Drogenmissbrauch, Drogenabhängigkeit, Drogenentzug, cerebrovaskuläre Störungen, demyelinisierende Erkrankungen, Multiple Sklerose, Lesch-Nyhan Syndrom, progressive supramuskuläre Lähmung, Morbus Huntington, Tic-Erkrankungen, Gilles-de-la-Tourette-Syndrom, motorischen Störungen des Schlafs, wie Restless Legs Syndrom oder Parasomnie, tardive Dyskinesie, supranukleäre Blickparese, schlafbezogenes Ess-Syndrom, nächtliches Essen, weibliche Belastungsinkontinenz, chronisches Müdigkeitssyndrom, Sexualstörungen wie vorzeitige Ejakulation oder männliche Impotenz und/oder thermoregulatorische Störungen.
Unter „neuropathischen Schmerzen“ sind im Sinne dieser Erfindung Schmerzen zu verstehen, die nach einer Schädigung schmerzleitender oder schmerzverarbeitender Systeme im peripheren oder zentralen Nervensystem entstehen. Bevorzugte neuropathischen Schmerzen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Neuralgien wie Trigeminusneuralgie und postzosterische Neuralgie, Schmerzen bei Polyneuropathien, insbesondere der diabetischen Polyneuropathie, Schmerzen nach mechanischen Nervenläsionen oder posttraumatische Neuropathie, Schmerzen nach Amputationen wie Phantom- oder Stumpfschmerzen und/oder komplexe regionale oder zentrale Schmerzsyndrome, beispielsweise nach ischämischen Hirninfarkten, Rückenmarksverletzungen oder bei Multipler Sklerose. Weiter bevorzugte neuropathische Schmerzen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Schmerzsyndrome der Hirnnerven wie Neuralgien oder Neuropathien, zerebrale Schmerzsyndrome beispielsweise bei Hirninfarkten oder Tumoren und/oder periphere Schmerzsyndrome wie Mononeuropathien, Polyneuropathien oder Plexusläsionen.
Das Arzneimittel kann weiterhin geeignet sein für die Verwendung zur Behandlung und/oder zur Diagnose von Tumor-Erkrankungen. Bevorzugte Tumor-Erkrankungen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Gehirntumore, Brustkrebs, Gebärmutterkrebs, Gebärmutterhalskrebs, Speiseröhren-Krebs, mesenchymale Geschwulste, Magenkrebs, Bauchspeicheldrüsenkrebs, Prostatakrebs, Kopf-Hals-Krebs, Blasenkrebs, Nierenkrebs, Leberzellkarzinom, Urogenitaltumore, Schilddrüsenkrebs, Darmkrebs, kleinzelliges Bronchialkarzinom (SCLC), und/oder nicht-kleinzelliges Lungenkarzinom (NSCLC). Ferner kann das Arzneimittel geeignet sein, in der Onkologie in Verfahren zur Diagnostik und Therapie von Tumoren verwendet zu werden. Beispielsweise können die Morphane mit einer radioaktiven Markierung, beispielsweise mit einer F¹⁸-Markierung, versehen und zur Diagnostik von Tumoren verwendet werden.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Arzneimittel zur therapeutischen oder prophylaktischen Behandlung und/oder zur Diagnose von neuropathischen Schmerzen, Depressionen, Schizophrenie, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorerkrankungen verwendbar. In weiter bevorzugten Ausführungsformen ist das Arzneimittel zur therapeutischen oder prophylaktischen Behandlung und/oder zur Diagnose von Demenzerkrankungen insbesondere seniler Demenz, Morbus Alzheimer, Schmerzen, Juckreiz oder Dermatitis verwendbar.
Beispiele, die der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen, sind nachstehend angegeben.
Allgemeine Angaben
Chemikalien und Substanzen wurden erworben bei den Firmen Sigma-Aldrich, Acros und TCI und ohne weitere Aufreinigung verwendet. Säulenchromatographie wurde unter Verwendung von Silicagel 60 (40 - 63 µm, Macherey-Nagel) als stationäre Phase durchgeführt.
Beispiel 1
Herstellung chiraler Azabicyclo[3.3.1]nonane (Morphane) ausgehend von (R)-Carvon
1.1 Umsetzung von (R)-Carvon zum Epoxid (5R)-2-Methyl-5-(2-methyloxiran-2-yl)cyclohex-2-en-l-on
Die Synthese des Diastereomerengemischs von (R)-Carvon-7,8-epoxid (R)-7 aus (R)-Carvon wurde durchgeführt wie von Baldwin, J. E.; Broline, B. M. Stereochemistry of Thermal [1,5] Carbon Shifts in Norcaradienes: Complete Kinetic Analysis of the Degenerate Thermal Isomerization of (+)-2-Deuterio-3,7-Dimethyl-7-(Methoxymethyl)Cycloheptatriene. Journal of the American Chemical Society, 1982, 104 (10), 2857-2865 (https://doi.org/10.1021/ja00374a027) beschrieben.
1.2.1 Cyclisieren des Epoxids durch Umsetzen mit Benzylamin zum Azabicyclo[3.3.1]nonan
(R)-Carvonepoxid (R)-7 aus Schritt 1.1 (dr = 1:1, 1,97 g, 11,8 mmol, 1,00 Äq), LiClO₄ (1,33 g, 12,5 mmol, 1,06 Äq) und Benzylamin (2,68 g, 25,0 mmol, 2,12 Äq) wurde für 22 Stunden in Acetonitril (30 mL) unter Rückfluss gerührt. Das Lösungsmittel wurde entfernt, und der Rückstand wurde in 2:1 EtOAc/Et₂O (150 mL) gelöst. Eine 1 M HCl-Lösung (50 mL) wurde hinzugefügt. Die Schichten wurden getrennt, und die organische Schicht wurde mit Wasser (25 mL) extrahiert. Die vereinigten wässrigen Schichten wurden mit einer Na₂CO₃-Lösung (150 mL) alkalisch gemacht und mit EtOAc (100 mL) extrahiert. Die organische Schicht wurde mit Wasser und gesättigter NaCl-Lösung (je 50 mL) gewaschen, über Na₂SO₄ getrocknet und im Vakuum konzentriert. Das Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 25:1 + 1% N,N-Dimethylethylamin) gereinigt, um ein Gemisch von (1S,4R,SR,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-4,8-dimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((1S,4R,5R,8R)-8a) und (1S,4R,5R,8S)-2-Benzyl-4-hydroxy-4,8-dimethyl-2-azablcyclo[3.3.1]nonan-7-on ((lS,4R,5R,8S)-8a) (dr = 91:9, 567 mg, 18%), ein Gemisch von (1S,4S,5R,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-4,8-dimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((1S,4S,5R,8R)-8a) und (1S,4S,5R,8S)-2-Benzyl-4-hydroxy-4,8-dimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((lS,4S,5R,8S)-8a) (dr = 80:20, 750 mg, 23%) und ein Gemisch aller vier Isomere (1,29 g, 40%) zu erhalten. (1S,4R,5R,8R)-8a/(1S,4R,5R,8S)-8a wurde aus Isohexan/Toluol (8:1) umkristallisiert und als farbloser Feststoff (dr = 95:5, 373 mg, 12%) erhalten. (1S,4S,5R,8R)-8a/(1S,4S,5R,8S)-8a wurde aus Heptan/Toluol (6,5:1) umkristallisiert und als gelbe Nadeln (dr = 93:7, 395 mg, 12 %) erhalten.
1.2.2 Abspaltung der Benzylgruppe
Unter Inertatmosphäre wurde Pd/C (10%, 24 mg) in CH₃OH (5 mL) suspendiert. (1S,4R,SR)-8a aus Schritt 1.2.1 (dr = 84: 16, 240 mg, 1,00 Äq.) und ethanolische HCl (1,25 M, 0,77 mL, 1,1 Äq.) wurden zu der Suspension gegeben. Unter Wasserstoffatmosphäre (5 bar) wurde die Reaktionsmischung für 21 Stunden bei Umgebungstemperatur (20±2°C) gerührt. Die Reaktionsmischung wurde dann über Celite filtriert und mit CH₃OH (200 mL) eluiert. Das Filtrat wurde im Vakuum konzentriert. Das Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie (CH₂Cl₂/CH₃OH 20:1 + 0,5% NH₃) gereinigt, um (1S,4R,SR,8R)-4-Hydroxy-4,8-dimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((1S,4R,SR,8R)-11) als farblosen Feststoff (23 mg, 14%) sowie eine Mischung aus (1S,4R,5R,8R)-11 und (1S,4R,5R,8S)-4-Hydroxy-4,8-dimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((1S,4R,5R,8S)-11) als farblosen Feststoff (72 mg, 45%) zu erhalten.
1.3 Cyclisieren des Epoxids durch Umsetzen mit Methylamin zum Azabicyclo[3.3.1]nonan
(R)-Carvonepoxid (R)-7 aus Schritt 1.1 (dr = 1: 1, 1,00 g, 6,02 mmol, 1,00 Äq.), LiClO₄ (640 mg, 6,02 mmol, 1,00 Äq.) und Methylamin (2 M in THF, 4,5 mL, 9,0 mmol, 1.5 Äq.) wurde für 6 Stunden in Acetonitril (15 mL) unter Rückfluss gerührt. Dann wurden weitere 1,5 mL Methylamin (2 M in THF, 3,0 mmol, 0,5 Äquivalente) zugegeben und das Gemisch weitere 19 h gerührt. Das Lösungsmittel wurde entfernt, und der Rückstand wurde in CH₂Cl₂ (50 mL) gelöst. Eine 1 M HCl-Lösung (50 mL) wurde hinzugefügt. Die wässrige Schicht wurde mit Na₂CO₃ (50 mL) alkalisch gemacht und mit EtOAc (4×50 mL) extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden mit gesättigter NaCl-Lösung (50 mL) gewaschen und über Na₂SO₄ getrocknet. Die vereinigten wässrigen Schichten wurden mit NaCl gesättigt und mit EtOAc (4×50 mL) extrahiert. Die Rohprodukte wurden vereinigt und durch Säulenchromatographie (CH₂Cl₂/CH₃OH 25:1 + 1% NH₃) gereinigt, um ein Gemisch aus(1S,4R,SR,8R)-4-hydroxy-2,4,8-trimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-7-on ((1S,4R,SR,8R)-8b) und ((1S,4R,5R,8S)-8b) als gelbes Öl (dr = 88:12, 330 mg, 28%) zu erhalten.
Beispiel 2
Herstellung von (1R,2S,SR,6R)-3-Benzyl-1,5-dimethyl-2,3,4,5,6,11-hexahydro-1H-2,6-methanoazocino[4,5-b]indol-5-ol durch Derivatisieren des Morphans mittels Reaktion der Carbonylgruppe
Unter inerter Atmosphäre wurde (1S,4R,5R)-8a aus Schritt 1.2 (dr = 95:5, 50 mg, 0,16 mmol, 1,0 Äquivalente) und Phenylhydrazinhydrochlorid (35 mg, 0,24 mmol, 1,5 Äquivalente) in 1 M ethanolischer HCl (1 mL) gelöst und 21 Stunden lang unter Rückfluss gerührt. Das Lösungsmittel wurde entfernt und eine 1 M NH₃-Lösung (5 mL) wurde zugegeben. Die wässrige Schicht wurde mit CH₂Cl₂ (2 × 5 mL) extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden mit H₂O und gesättigter NaCl-Lösung (je 50 mL) gewaschen, über Na₂SO₄ getrocknet und im Vakuum konzentriert. Das Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 20:1 + 1 % N,N-Dimethylethylamin) gereinigt, um das Produkt (1R,2S,SR,6R)-3-Benzyl-1,5-dimethyl-2,3,4,5,6,11-hexahydro-1H-2,6-methanoazocino[4,5-b]indol-5-ol (9) als gelben Feststoff (14 mg, 22%) zu erhalten.
Beispiel 3
Herstellung chiraler Azabicyclo[3.3.1]nonane (Morphane) ausgehend von (S)-Perillaaldehyd
3.1 Oxidation des (S)-Perillaaldehyds
Die Oxidation des (S)-Perillaaldehyds zu (S)-Perillasäure wurde durchgeführt wie von Wang, Q. et al., Enantioselective Synthesis of Chiral Liquid Crystalline Compounds from Monoterpenes. Tetrahedron 1993, 49 (4), 619-638 (https://doi.org/10.1016/S0040-4020(01)86265-7) beschrieben.
3.2 Veresterung der (S)-Perillasäure
Die Veresterung der (S)-Perillasäure zu Methyl (S)-4-(prop-1-en-2-yl)cyclohex-l-en-l-carboxylat ((S)-3a) wurde durchgeführt unter den Bedingungen von Ji, Y.; Sweeney, J.; Zoglio, J.; Gorin, D. J. Catalytic Methyl Transfer from Dimethylcarbonate to Carboxylic Acids. Journal of Organic Chemistry 2013, 78 (22), 11606-11611. (https://doi.org/10.1021/jo401941v). Der Umsatz war nach 64h vollständig.
3.3 Umsetzung der veresterten (S)-Pcrillasäure zum Epoxid
Die Umsetzung des (S)-Perillasäureesters (S)-3a zu Methyl (4S)-4-(2-methyloxiran-2-yl)cyclohex-l-en-1-carboxylat ((S)-4a) wurde modifiziert nach Hortmann, A.; Ong, A. A New Route to 8- and 9-Substituted Carenes. The Journal of Organic Chemistry 1970, 35 (12), 4290-4292 (https://doi.org/10.1021/jo00837a654), wobei 1,1 statt wie in der Literaturvorlage 1,3 Äquivalente mCPBA eingesetzt wurden.
3.4 Cyclisieren des Epoxids durch Umsetzen mit einem primären Amin zum Azabicyclo[3.3.1]nonan
Epoxid (S)-4a (dr = 1:1, 2,15 g, 11,0 mmol, 1,00 Äq) wurde in CH₃OH (100 mL) gelöst. Benzylamin (2,45 g, 22,9 mmol, 2,09 Äq) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde für 44 h unter Rückfluss gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Das Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 4:1 + 1%N,N-Dimethylethylamin) gereinigt, um ein Gemisch aus (LS,4R,5S,8R)-5a und (1S,4R,5S,8S)-5a (dr = 88:12, 1,21 g, 34%) und ein Gemisch aus (4S,4-(S))-13a and (4S,4-(R))-13a (dr = 90:10, 1,07 g, 32%) zu erhalten. Eine analytische Probe der Mischung (lS,4R,5S,8R)-5a/(lS,4R,5S,8S)-5a (dr = 88:12) wurde aus n-Heptan umkristallisiert, um (1S, 4R,5S,8R)-5a/(1S, 4R,5S,8S)-5a (dr = 99:1) zu erhalten.
Beispiel 4
Derivatisierung des Morphanesters (1S,4R,5S,8R)-5a mit Hydrazinmonohydrat zum Hydrazid
Der Morphansäureester (1S,4R,5S,8R)-5a (100 mg, 330 µmol, 1,00 Äq) wurde in CH₃OH (3,2 mL) gelöst. Bei Raumtemperatur wurde Hydrazinmonohydrat (320 µL, 6,58 mmol, 20,0 Äq) tropfenweise zugegeben. Das Gemisch wurde 18 h lang unter Rückfluss gerührt. Wasser (5 mL) und gesättigte NaHCO₃-Lösung (2 mL) wurden zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde mit CH₂Cl₂ (4 × 2 mL) extrahiert. Die organische Phase wurde über Na₂SO₄ getrocknet und im Vakuum konzentriert, um (1S,4R,SS,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-8-carbohydrazid (14) als farblosen Feststoff (92 mg, 92%) zu erhalten.
Beispiel 5
Weitere Derivatisierung des Morphanesters (1S,4R,5S,8R)-5a zum Aminderivat
5.1 Herstellung des Morphancarboxylats 15
Der Morphansäureester (1S,4R,5S,8R)-5a (600 mg, 1,98 mmol, 1,00 eq) wurde in THF (30 mL) gelöst und 1 M LiOH (10 mL) hinzugefügt. Bei Raumtemperatur wurde das Reaktionsgemisch 2,5 h lang gerührt, und im Anschluss bei 50°C für 65,5 h. Das Lösungsmittel wurde dann im Vakuum eingedampft und der Rückstand durch Umkehrphasen-Flash-Säulenchromatographie (C18 30 g Kartusche, Gradient von H₂O:CH₃CN 98:2 zu H₂O:CH₃CN 60:40) gereinigt. Lithium-(1S,4R,SS,8R)-2-benzyl-4-hydroxy-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonane-8-carboxylat (15) wurde als farbloser Feststoff (321 mg, 55 %) erhalten.
5.2 Herstellung des Morphancarbamats 17
Das in Schritt 5.1 erhaltene Morphancarboxylat 15 (52 mg, 0,18 mmol, 1,0 Äq) wurde in tert-Butylalkohol (2 mL) gelöst und 5 Minuten lang bei 35°C gerührt. Triethylamin (50 µL, 0,36 mmol, 2,1 Äq) wurde zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 5 Minuten lang bei 70 °C gerührt. Diphenylphosphorylazid (50 µL, 0,23 mmol, 1,3 Äq) wurde dann zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde 21 Stunden lang unter Rückfluss gerührt und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Der Rückstand wurde durch Flash-Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 1:1 + 1% N,N Dimethylethylamin) gereinigt. tert-Butyl-((1S,4R,SS,8R)-2-benzyl-4-hydroxy-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-8-yl)carbamat (17) wurde als blassgelbes Öl (19 mg, 30 %) erhalten.
5.3 Abspaltung der Boc-Schutzgruppe
Das in Schritt 5.2 erhaltene Morphancarbamat 17 (32 mg, 89 µmol, 1,0 Äq) wurde in CH₂Cl₂ (1,5 mL) gelöst. Bei 0°C wurde Trifluoressigsäure (135 µL, 1,76 mmol, 19,9 Äq) zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 30 min bei 0°C und 3,5 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit CH₂Cl₂ (4 mL) verdünnt und mit Na₂CO₃ gewaschen. Die wässrige Schicht wurde mit CH₂Cl₂ (4×2 mL) extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden über Na₂SO₄ getrocknet und im Vakuum eingeengt. (1S,4R,5S,8R)-8-amino-2-benzyl-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-4-ol (18) wurde als farbloser Feststoff (23 mg, 100%) erhalten.
Beispiel 6
Herstellen von (1S,4R,SS,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-N,N,4-trimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-8-carboxamid (21)
Unter trockenen Bedingungen wurden das in Schritt 5.1 erhaltene Morphancarboxylat 15 (102 mg, 345 µmol, 1,00 Äq) und HATU (O-(7-Azabenzotriazol-l-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluroniumhexafluorphosphat) (226 mg, 594 µmol, 1,72 eq) in trockenem DMF (Dimethylformamid) (3 mL) gelöst. DIPEA (Diisopropylethylamin) (323 µL, 1,90 mmol, 5,50 eq) wurde zugegeben und die Reaktionsmischung wurde 80 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Dimethylamin (2 M in Tetrahydrofuran (THF), 500 µL, 1,00 mmol, 2,90 Äq) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch 20 h lang gerührt. Weiteres HATU (135 mg, 355 µmol, 1,03 eq) und Dimethylamin (2M in THF, 500 µL, 1. 00 mmol, 2,90 Äq) wurde zugegeben und die Reaktion weitere 48,5 h lang gerührt. Die Lösungsmittel wurden im Vakuum entfernt und anschließend mit Toluol (2×5mL) koevaporiert. Der Rückstand wurde durch Flash-Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 4: 1 + 1 % N,N-Dimethylethylamin, dann Cyclohexan/EtOAc 1: 1 + 1 % N,NDimethylethylamin) gereinigt, um (1S,4R,SS,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-N,N,4-trimethyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-8-carboxamid (21) als oranger Feststoff (26 mg, 24 %) zu erhalten.
Beispiel 7
Herstellen von (1S,4R,5S,8S)-2-Benzyl-4-methyl-8-(pyrrolidin-l-ylmethyl)-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-4-ol ((S)-20)
7.1 Umsetzen des Morphansäureesters (1S,4R,5S,SR)-5a zum Morphancarboxylat 16
Der Morphansäureester (1S,4R,5S,8R)-5a (2,50 g, 8,24 mmol, 1,00 Äq) und K₂CO₃ (3,42 g, 24,7 mmol, 3,00 Äq) wurden in einer 4: 1-Mischung aus CH₃OH und H₂O (250 mL) gelöst. Bei 50°C wurde die Reaktionsmischung 48 h lang gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt und der Rückstand wurde durch Umkehrphasen-Flash-Säulenchromatographie (H₂O:CH₃CN 98:2 bis H₂O:CH₃CN 50:50) gereinigt. Kalium-(1S,4R,SS,8R)-2-benzyl-4-hydroxy-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonane-8-carboxylat wurde als beiger Feststoff (1,97 g, 73 %) erhalten.
7.2 Acylierung des Carboxylats 16 zum Amid 19
Unter trockenen Bedingungen wurde das aus Schritt 7.1 erhaltene Morphancarboxylat 16 (105 mg, 321 µmol, 1,00 Äq) in trockenem DMF (1,5 mL) gelöst. DIPEA (168 µL, 964 µmol, 3,01 eq) und HATU (183 mg, 481 µmol, 1,50 eq) wurden zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde 5 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Pyrrolidin (79 µL, 962 µmol, 3,00 eq) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch 77 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum eingedampft und anschließend mit Toluol (3×2 mL) koevaporiert. Der Rückstand wurde durch Flash-Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 2:1 + 1 % N,N-Dimethylethylamin) gereinigt. ((1S,4R,5S,8R)-2-Benzyl-4-hydroxy-4-methyl-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-8-yl)(pyrrolidin-1-yl)methanon (19) wurde als farbloser Feststoff (105 mg, 96 %) erhalten.
7.3 Reduktion des Morphanamids 19 zum Amin 20
Unter trockenen Bedingungen wurde bei 0°C Lithiumaluminiumhydrid (LAH) (261 mg, 6,88 mmol, 5,00 Äq) zu THF (10 mL) gegeben. Das Morphanamid 19 (471 mg, 1,38 mmol, 1,00 Äq) wurde in trockenem THF (4 mL) gelöst und tropfenweise über 10 Minuten zu der Reaktionsmischung gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 1 h bei 0°C und 40 min bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde dann für 18 h bei 70°C gerührt. Bei 0°C wurden anschließend trockenes THF (20 mL) zugegeben. Bei 0°C wurde H₂O (250 µL) tropfenweise zugegeben, gefolgt von NaOH (15%, 250 µL) und H₂O (750 µL). Das Reaktionsgemisch wurde 15 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Wasserfreies MgSO₄ wurde zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde 30 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Das Gemisch wurde filtriert und der Rückstand mit EtOAc (4×25 mL) extrahiert. Die gesammelten organischen Phasen wurden im Vakuum konzentriert und durch Flash-Säulenchromatographie (Cyclohexan/EtOAc 2:1 + 1 % N,N-Dimethylethylamin) gereinigt. (1S,4R,5S,8S)-2-Benzyl-4-methyl-8-(pyrrolidin-1-ylmethyl)-2-azabicyclo[3.3.1]nonan-4-ol (20) wurde als hellgelbes Öl (403 mg, 89%) erhalten.
Beispiel 8
Untersuchung der Rezeptorbindung von (1R,2S,SR,6R)-3-Benzyl-1,5-dimethyl-2,3,4,5,6,11-hexahydro-1H-2,6-methanoazocino[4,5-b]indol-5-ol 9
8.1 Material
Meerschweinchengehirne, Rattengehirne und Rattenlebern wurden kommerziell bezogen (Harlan-Winkelmann, Borchen, Deutschland). Schweinegehime waren eine Spende des örtlichen Schlachthofs (Coesfeld, Deutschland). Rekombinante L(tk)-Zellen, die den GluN2B-Rezeptor stabil exprimieren, wurden von Prof. Dr. Dieter Steinhilber (Frankfurt, Deutschland) bezogen.
Homogenisatoren: Elvehjem Potter (B. Braun Biotech International, Melsungen, Deutschland) und Soniprep® 150 (MSE, London, UK).
Zentrifugen: Kühlzentrifuge Modell Eppendorf 5427R (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) und Hochgeschwindigkeitskühlzentrifuge Modell Sorvall® RC-5C plus (Thermo Fisher Scientific, Langenselbold, Deutschland).
Multiplatten: Standard 96 Well Multiplatten (Diagonal, Münster, Deutschland).
Schüttler: selbstgebautes Gerät mit einstellbarer Temperatur und Schüttelgeschwindigkeit (wissenschaftliche Werkstatt des Instituts).
Erntemaschine: MicroBeta® FilterMate 96 Erntemaschine. Filter: Bedruckte Filtermatte Typ A und B. Szintillator: Meltilex® (Typ A oder B) Festkörperszintillator. Szintillationszähler: MicroBeta® Trilux (alle Perkin Elmer LAS, Rodgau-Jügesheim, Deutschland).
8.2. Herstellung von Membranhomogenaten aus der Hirnrinde von Schweinen
Frische Schweinehirnrinde wurde mit dem Potter (500-800 U/min, 10 Auf- und Abbewegungen) in 6 Volumina kalter 0,32 M Saccharose homogenisiert. Die Suspension wurde bei 1.200 × g für 10 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Der Überstand wurde abgetrennt und bei 31.000 × g für 20 min bei 4 °C zentrifugiert. Das Pellet wurde in 5-6 Volumina TRIS/EDTA-Puffer (5 mM TRIS/1 mM EDTA, pH 7,5) resuspendiert und erneut bei 31.000 × g (20 min, 4 °C) zentrifugiert. Das endgültige Pellet wurde in 5-6 Volumina Puffer resuspendiert und in 1,5-mL-Portionen mit etwa 0,8 mg Protein/mL eingefroren (80 °C).
8.3. Herstellung von Membranhomogenaten aus Meerschweinchenhirn
5 Meerschweinchenhirne wurden mit dem Potter (500-800 U/min, 10 Auf- und Abwärtsbewegungen) in 6 Volumina kalter 0,32 M Saccharose homogenisiert. Die Suspension wurde bei 1.200 x g für 10 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Der Überstand wurde abgetrennt und bei 23.500 x g für 20 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Das Pellet wurde in 5,6 Volumina Puffer (50 mM TRIS, pH 7,4) resuspendiert und erneut bei 23.500 × g (20 min, 4 °C) zentrifugiert. Dieser Vorgang wurde zweimal wiederholt. Das endgültige Pellet wurde in 5,6 Volumina Puffer resuspendiert und in 1,5-mL-Portionen mit etwa 1,5 mg Protein/ml eingefroren (80 °C).
8.4. Herstellung von Membranhomogenaten aus Rattenhirn
Fünf Rattenhirne (Spezies: Sprague-Dawley-Ratten) wurden mit dem Potter (500-800 rpm, 10 Auf- und Abwärtsbewegungen) in 6 Volumina kalter 0,32 M Saccharose homogenisiert. Die Suspension wurde bei 1.200 × g für 10 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Der Überstand wurde abgetrennt und bei 23.500 × g für 20 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Das Pellet wurde in 5,6 Volumina Puffer (50 mM TRIS, pH 7,4) resuspendiert und erneut bei 23.500 × g (20 min, 4 °C) zentrifugiert. Dieser Vorgang wurde zweimal wiederholt. Das endgültige Pellet wurde in 5,6 Volumina Puffer resuspendiert und in 1,5 mL Portionen mit etwa 1,5 mg Protein/mL eingefroren (80 °C).
8.5. Herstellung von Membranhomogenaten aus Rattenleber
Zwei Rattenlebern wurden in kleine Stücke geschnitten und mit dem Potter (500-800 U/min, 10 Auf- und Abwärtsbewegungen) in 6 Volumen kalter 0,32 M Saccharose homogenisiert. Die Suspension wurde bei 1.200 × g für 10 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Der Überstand wurde abgetrennt und bei 31.000 × g für 20 min bei 4 °C zentrifugiert. Das Pellet wurde in 5-6 Volumina Puffer (50 mM TRIS, pH 8,0) resuspendiert und 30 min bei Raumtemperatur inkubiert. Nach der Inkubation wurde die Suspension erneut bei 31.000 × g für 20 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Das endgültige Pellet wurde in 5-6 Volumina Puffer resuspendiert und bei 80 °C in 1,5-mL-Portionen mit etwa 2 mg Protein/ml gelagert.
8.6. Zellkultur und Herstellung von Membranhomogenaten aus GluN2B-Zellen
Maus-L(tk)-Zellen, die mit den Dexamethason-induzierbaren eukaryotischen Expressionsvektoren pMSG GluN1a, pMSG GluN2B (Verhältnis 1:5) stabil transfiziert wurden, wurden in modifiziertem Earl's Medium (DMEM) mit 10 % standardisiertem FBS Superior (Biochrom AG, Berlin, Deutschland) gezüchtet. Die Expression des NMDA-Rezeptors an der Zelloberfläche wurde induziert, nachdem die Zelldichte der adhärent wachsenden Zellen etwa 90 % der Konfluenz erreicht hatte. Für die Induktion wurde das ursprüngliche Nährmedium durch ein Nährmedium mit 4 µM Dexamethason und 4 µM Ketamin (Endkonzentration) ersetzt. Nach 24 Stunden wurden die Zellen mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS, Biochrom AG, Berlin, Deutschland) gespült, durch mechanische Abtrennung geerntet und pelletiert (10 min, 1.200 × g).
Für den Bindungstest wurde das Zellpellet in PBS-Lösung resuspendiert und die Anzahl der Zellen mit einem Scepter® Zellzähler (MERCK Millipore, Darmstadt, Deutschland) bestimmt. Anschließend wurden die Zellen durch Ultraschallbehandlung (4 °C, 6 × 10 s Zyklen mit 10 s Pause) lysiert. Die entstandenen Zellfragmente wurden mit einer Hochleistungskühlzentrifuge (23.500 × g, 4 °C) zentrifugiert. Der Überstand wurde verworfen, und das Pellet wurde in einem bestimmten Volumen PBS resuspendiert, was Zellfragmente von etwa 500 000 Zellen/ml ergab. Die Suspension der Membranhomogenate wurde erneut beschallt (4 °C, 2 × 10 s Zyklen mit einer Pause von 10 s) und bei 80 °C gelagert.
8.7 Proteinbestimmung
Die Proteinkonzentration wurde nach der von Stoscheck modifizierten Bradford-Methode bestimmt. Die Bradford-Lösung wurde durch Auflösen von 5 mg Coomassie Brilliant Blue G 250 in 2,5 mL EtOH (95 %, v/v) hergestellt. Zu dieser Lösung wurden 10 mL entionisiertes H₂O und 5 mL Phosphorsäure (85 %, m/v) gegeben, das Gemisch wurde gerührt und mit entionisiertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 50 mL aufgefüllt. Die Kalibrierung wurde mit Rinderserumalbumin als Standard in 9 Konzentrationen (0,1, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,5, 2,0 und 4,0 mg /mL) durchgeführt. In einer 96-Well-Standard-Multiplatte wurden 10 µL der Kalibrierlösung bzw. 10 µL der Membranrezeptorpräparation mit 190 µL der Bradford-Lösung gemischt. Nach 5 min wurde die UV-Absorption des Protein-Farbstoff-Komplexes bei = 595 nm mit einem Plattenlesegerät (Tecan Genios®, Tecan, Crailsheim, Deutschland) gemessen.
8.8. Allgemeine Verfahren für die Bindungsversuche
Die Lösungen der Prüfsubstanz wurden durch Auflösen von etwa 10 µmοl (in der Regel 2,4 mg) der Prüfsubstanz in DMSO hergestellt, so dass eine 10 mM Stammlösung entstand. Um die erforderlichen Testlösungen für den Assay zu erhalten, wurde die DMSO-Stammlösung mit dem jeweiligen Assay-Puffer verdünnt. Die Filtermatten wurden vor der Verwendung 2 Stunden lang bei Raumtemperatur in 0,5 %iger wässriger Polyethylenimin-Lösung getränkt. Alle Bindungsexperimente wurden in Duplikaten in den 96-Well-Multiplatten durchgeführt. Bei den angegebenen Konzentrationen handelt es sich um die Endkonzentration im Assay. Im Allgemeinen wurden die Assays durch Zugabe von 50 µL des jeweiligen Assay-Puffers, 50 µL der Lösung der Testverbindung in verschiedenen Konzentrationen (10-5, 10-6, 10-7, 10-8, 10-9 und 10-10 mol/L), 50 µL der entsprechenden Radioligandenlösung und 50 µL der jeweiligen Rezeptorzubereitung in jede Vertiefung der Multiplatte durchgeführt (Gesamtvolumen 200 µL). Die Rezeptorpräparation wurde immer als letztes hinzugefügt. Während der Inkubation wurden die Multiplatten bei einer Geschwindigkeit von 500 bis 600 U/min bei der angegebenen Temperatur geschüttelt. Sofern nicht anders angegeben, wurden die Assays nach 120 Minuten durch schnelle Filtration mit dem Harvester beendet. Während der Filtration wurde jede Vertiefung fünfmal mit 300 µl Wasser gewaschen. Anschließend wurden die Filtermatten bei 95 °C getrocknet. Der feste Szintillator wurde auf den getrockneten Filtermatten bei einer Temperatur von 95 °C für 5 min geschmolzen. Nach dem Erstarren des Szintillators bei Raumtemperatur wurde die eingeschlossene Radioaktivität in den Filtermatten mit dem Szintillationszähler gemessen. Jede Position auf der Filtermatte, die einer Vertiefung der Multiplatte entspricht, wurde 5 Minuten lang mit dem [³H]-Zählprotokoll gemessen. Die Gesamteffizienz der Zählung betrug 20 %. Die IC₅₀-Werte wurden mit dem Programm GraphPad Prism® 3.0 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) durch nichtlineare Regressionsanalyse berechnet. Anschließend wurden die IC₅₀-Werte anhand der Gleichung von Cheng und Prusoff in K_i-Werte umgewandelt. Die K_i-Werte sind als Mittelwert ± SEM von drei unabhängigen Experimenten angegeben.
Durchführung der Bindungsversuche
8.9. Untersuchung der PCP-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors
Der Assay wurde mit dem Radioliganden [³H]-(+)-MK 801 (22,0 Ci/mmol; Perkin Elmer) durchgeführt. Das aufgetaute Membranpräparat aus der Hirnrinde von Schweinen (etwa 100 µg des Proteins) wurde mit verschiedenen Konzentrationen von Testverbindungen, 2 nM [³H]-(+)-MK 801 und TRIS/EDTA-Puffer (5 mM TRIS/1 mM EDTA, pH 7,5) bei Raumtemperatur inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem (+)-MK 801 bestimmt. Der K_d-Wert von [³H]-(+)-MK-801 betrug 2,26 nM.
8.10. Untersuchung der Ifenprodil-Bindungsstelle von NMDA-Rezeptoren mit GluN2B-Untereinheit
Der kompetitive Bindungstest wurde mit dem Radioliganden [³H]Ifenprodil (60 Ci/mmol; BIOTREND, Köln, Deutschland) durchgeführt. Das aufgetaute Zellmembranpräparat aus den transfizierten L(tk)-Zellen (etwa 20 µg Protein) wurde mit verschiedenen Konzentrationen der Testverbindungen, 5 nM [³H]Ifenprodil und TRIS/EDTA-Puffer (5 mM TRIS/1 mM EDTA, pH 7,5) bei 37 °C inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem Ifenprodil bestimmt. Der K_d-Wert von [³H]-Ifenprodil betrug 7,6 nM.
8.11 σ₁-Rezeptor-Assay
Der Assay wurde mit dem Radioliganden [³H]-(+)-Pentazocin (22,0 Ci/mmol; Perkin Elmer) durchgeführt. Das aufgetaute Membranpräparat aus Meerschweinchenhirn (etwa 100 µg des Proteins) wurde mit verschiedenen Konzentrationen der Testverbindungen, 2 nM [³H]-(+)-Pentazocin und TRIS-Puffer (50 mM, pH 7,4) bei 37 °C inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem (+)-Pentazocin bestimmt. Der K_d-Wert von [³H]-(+)-Pentazocin betrug 2,9 nM.
8.12 σ₂-Rezeptor-Assay
Die Assays wurden mit dem Radioliganden [³H]di-o-tolylguanidin (spezifische Aktivität 50 Ci/mmol; ARC, St. Louis, MO, USA) durchgeführt. Das aufgetaute Rattenleber-Membranpräparat (etwa 100 µg Protein) wurde mit verschiedenen Konzentrationen der Testverbindung, 3 nM [³H]Di-o-tolylguanidin und (+)-Pentazocin-haltigem Puffer (500 nM (+) Pentazocin in TRIS-Puffer (50 mM TRIS, pH 8,0)) bei Raumtemperatur inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM nicht markiertem Di-o-tolylguanidin bestimmt. Der K_d-Wert von Di-o-tolylguanidin betrug 17,9 nM.
Weiterhin wurde die Bindung an δ-Opioidrezeptoren (DOR), κ-Opioidrezeptoren (KOR) und µ-Opioidrezeptoren (MOR) untersucht. Diese Rezeptoren sind im zentralen Nervensystem sowie peripher exprimiert. Opioide wie Morphin, Pentazocin und Naloxon üben ihre therapeutische Wirkung durch Modulation eines oder mehrerer Opioidrezeptoren aus. Zentral wirksame Opioide werden als Analgetika und Anästhetika verwendet, peripher wirksame Opioide wirken analgetisch und entzündungshemmend.
8.13 KOR assay
Der Assay wurde mit dem Radioliganden [³H]U-69,593 (55 Ci/mmol, BIOTREND) durchgeführt. Das aufgetaute Meerschweinchenhirn-Membranpräparat (etwa 100 µg des Proteins) wurde mit verschiedenen Konzentrationen der Testverbindungen, 1 nM [³H]U-69,593 und TRIS-MgCl₂-Puffer (50 mM TRIS, 8 mM MgCl₂, pH 7,4) bei 37 °C inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem U 69,593 bestimmt. Der K_d-Wert von [³H]U-69,593 betrug 0,69 nM.
8.14 MOR assay
Der Assay wurde mit dem Radioliganden [³H]DAMGO (51 Ci/mmol, Perkin Elmer) durchgeführt. Das aufgetaute Meerschweinchenhirn-Membranpräparat (etwa 100 µg des Proteins) wurde mit verschiedenen Konzentrationen von Testverbindungen, 3 nM [³H]DAMGO und TRIS-MgCl₂-Puffer (50 mM TRIS, 8 mM MgCl₂, pH 7,4) bei 37 °C inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem Naloxon bestimmt. Der K_d-Wert von DAMGO betrug 0,57 nM.
8.15 DOR assay
Der Assay wurde mit dem Radioliganden [³H]DPDPE (69 Ci/mmol, BIOTREND) durchgeführt. Das aufgetaute Rattenhirnmembranpräparat (etwa 75 µg des Proteins) wurde mit verschiedenen Konzentrationen der Testverbindungen, 3 nM [³H]DPDPE und TRIS-MgCl₂-Puffer (50 mM TRIS, 8 mM MgCl₂, pH 7,4), ergänzt mit SIGMAFAST® Proteaseinhibitor-Mix (Sigma Aldrich Biochemicals, Hamburg, Deutschland; 1 Tablette in 100 ml Puffer gelöst) bei 37 °C inkubiert. Die unspezifische Bindung wurde mit 10 µM unmarkiertem Morphin bestimmt. Der K_d-Wert von [³H]DPDPE betrug 0,65 nM.

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse ist in der folgenden Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1:

Verbindung / Struktur	K_i(GluN2B) [nM]	K_i(σ_i) [nM]	K_i(σ₂) [nM]	K_i(KOR) [nM]	K_i(MOR) [nM]	K_i(DOR) [nM]	K_i(PCP) [nM]
	0%*^#	58 ± 10	0%*^#	0%*^#	0%*^#	0%*^#	n.d.
	0%*^#	0%*^#	0%*^#	n.d.	n.d.	n.d.	n.d.

Werte mit Standardabweichung entspringen Dreifachmessungen.
* Einzelmessung.
#Hemmung bei c(Verbindung) = 1 µM

Wie man der Tabelle 1 entnimmt, zeigte das Derivat (1R,2S,5R,6R)-3-Benzyl-1,5-dimethyl-2,3,4,5,6,11-hexahydro-1H-2,6-methanoazocino[4,5-b]indol-5-ol 9 im Gegensatz zum Morphansäureester (1S,4R,5S,8R)-5a eine hohe Affinität zum σ₁-Rezeptor, mit Selektivität gegenüber vergleichbaren Rezeptoren und kann somit als selektiver σ₁-Rezeptorligand wirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Ji, Y.; Sweeney, J.; Zoglio, J.; Gorin, D. J. Catalytic Methyl Transfer from Dimethylcarbonate to Carboxylic Acids. Journal of Organic Chemistry 2013, 78 (22), 11606-11611 [0066]
Hortmann, A.; Ong, A. A New Route to 8- and 9-Substituted Carenes. The Journal of Organic Chemistry 1970, 35 (12), 4290-4292 [0067]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Azabicycloalkans, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) oder (II):
worin: R¹ gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R² ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R³, R⁴, R⁵, R⁶ gleich oder verschieden voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R⁸ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, OH, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl, Aryl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkinyloxy, Cycloalkyloxy, Aryloxy, NHR^N, NR^N ₂, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R^N gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl; m ist 0, 1, 2 oder 3; n ist 0, 1, 2 oder 3; o ist 0, 1, 2 oder 3; p ist 0, 1, 2 oder 3; b) Umsetzen der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) zu einem Epoxid gemäß der allgemeinen Formel (III) oder der monocyclischen Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (II) zu einem Epoxid gemäß der allgemeinen Formel (IV):
und c) Cyclisieren des Epoxids gemäß der allgemeinen Formel (III) oder (IV) durch Umsetzen mit einem Amin der Formel H₂NR⁷ (V), worin R⁷ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist, zu einem Azabicycloalkan gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII):
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das in Schritt c) erhaltene Azabicycloalkan gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII) durch Reaktion der Carbonylgruppe und/oder der Aminogruppe derivatisiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt: a1) Perillaaldehyd der Formel (1) oder Perillasäure der Formel (2) bereitstellt:
a2) Perillaaldehyd (1) zu Perillasäure oxidiert, und nachfolgend die hierdurch erhaltene oder in Schritt a1) bereitgestellte Perillasäure (2) zum Perillasäureester (3) verestert:
worin R° ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Alkyl, Cycloalkyl, Arylalkyl und Aryl; b) den Perillasäureester der Formel (3) zu einem Epoxid der Formel (4) umsetzt:
und c) das Epoxid der Formel (4) mit einem primären Amin H₂NR⁷ zu einem Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) der Formel (5) umsetzt:
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt: a) Carvon der Formel (6) bereitstellt:
b) das Carvon der Formel (6) zu einem Epoxid der Formel (7) umsetzt:
und c) das Epoxid der Formel (7) mit einem primären Amin H₂NR⁷, zu einem Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) der Formel (8) umsetzt:
Azabicycloalkan gemäß der allgemeinen Formel (VI) oder (VII) oder deren Salze oder Ester:
worin: R¹ gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R² ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R³, R⁴, R⁵, R⁶ gleich oder verschieden voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R⁷ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Alkylaryl und Aryl, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R⁸ ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend H, OH, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl, Aryl, Alkoxy, Alkenyloxy, Alkinyloxy, Cycloalkyloxy, Aryloxy, NHR^N, NR^N ₂, wobei die Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Cycloalkinyl-, Arylalkyl- oder Arylgruppe gegebenenfalls durch Halogen, OH oder NH₂ ein- oder mehrfach substituiert ist; R^N gleich oder verschieden voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Cycloalkinyl, Arylalkyl und Aryl; m ist 0, 1, 2 oder 3; n ist 0, 1, 2 oder 3; o ist 0, 1, 2 oder 3; p ist o, 1, 2 oder 3.
Azabicycloalkan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Azabicycloalkan ein Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der Formel (5a) ist, insbesondere ein chirales Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der Formel (1S,5S)-(5a) oder deren Salze oder Ester:
Azabicycloalkan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Azabicycloalkan ein Azabicyclo[3.3.1]nonanon (Morphan) gemäß der Formel (8a) ist, insbesondere ein chirales Azabicyclo[3.3.1]nonanon (Morphan) gemäß der Formel (1R,5R)-(8a) oder deren Salze oder Ester:
Derivatisiertes Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der nachstehenden Formel (9) oder dessen Salze oder Ester:
Arzneimittel umfassend ein derivatisiertes Azabicyclo[3.3.1]nonan (Morphan) gemäß der nachstehenden Formel (9) oder dessen pharmazeutisch verträgliche Salze oder Ester:
Verwendung eines derivatisierten Azabicyclo[3.3.1]nonans (Morphans) gemäß der nachstehenden Formel (9):
sowie dessen pharmazeutisch verträglicher Salze oder Ester zur Herstellung eines Arzneimittels, insbesondere zur therapeutischen oder prophylaktischen Behandlung und/oder zur Diagnose von neuropathischen Schmerzen, Depressionen, Schizophrenie, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorerkrankungen.