DE60010755T2

DE60010755T2 - Phenanthryl-piperazinyl-dicarbonsäure als selective nmda-rezeptor modulierende mittel

Info

Publication number: DE60010755T2
Application number: DE60010755T
Authority: DE
Inventors: T. Daniel MONAGHAN; David E. Redland JANE; Heong Wai Westbury Park TSE
Original assignee: University of Bristol; University of Nebraska
Current assignee: University of Bristol; University of Nebraska
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: EP1244638A2; GB9929582D0; AU2268901A; CA2395290A1; AU783141B2; WO2001044205A2; EP1244638B1; WO2001044205A3; DE60010755D1; ATE266646T1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Phenanthrylpiperazinyldicarboxylsäuren (PPDSn), Verfahren zur Synthetisierung derselben und Verfahren zu deren Verwendung in vivo und in vitro.
Hintergrund der Erfindung
NMDA-Rezeptoren bestehen aus NMDA-Rezeptor 1-(NR1)-Untereinheiten und Mitgliedern einer Familie von Glutamat-bindenden NR2-Untereinheiten (NR2A-D) (Ikeda K, et al. (1992) FEBS Lett 313:34–38; Monyer H, et al. (1992) Science 256:1217–1221; Ishii T, et al. (1993) J Biol Chem 268:2836–2843). Rekombinante NMDA-Rezeptoren, die NR1-Untereinheiten und Untereinheiten NR2A oder B enthalten, erfordern eine starke Depolarisierung, um die Mg²⁺-Blockade zu überwinden, und weisen hohe Leitfähigkeiten auf, während jene mit NR2C oder D nur eine moderate Depolarisierung benötigen, um die Mg²⁺-Blockade zu überwinden, und niedrige Leitfähigkeiten zeigen (Monyer et al., id., und Monyer H, et al. (1994) Neuron 12:529–540). Von nativen, NR2D enthaltenden NMDA-Rezeptoren wird angenommen, dass sie ungefähr 10 % der NMDA-Rezeptorpopulation im Cortex von erwachsenen Ratten ausbilden (Dunah AW, et al. (1998) Mol Pharmacol 53:429–437). Zusätzlich sind die Expressionsniveaus dieser Untereinheiten höher bei juvenilen Tieren (Dunah AW, et al. (1996) J Neurochem 67:2335–2345; Wenzel A, et al. (1996) J Neurochem 66:1240–1248), bei denen eine langzeitige Unterdrückung mit höchster Effizienz hervorgerufen werden kann (Dudek SM, Bear MF (1993) J Neurosci 13:2910–2918.). CA1-Pyramidenzellen expressivieren mRNA für NR2A, 2B und 2D in adulten Menschen (Scherzer CR, et al. (1998) J Comp Neurol 390:75–90) und in juvenilen Ratten (Kirson ED, et al. (1999) J Physiol (Lond) 521:99–111). Ströme, die NR2D-Untereinheiten enthaltenden Rezeptoren zuordbar sind, sind auch bei juvenilen CA1-Pyramidenzellen beobachtet worden (Kirson et al., id.).
NMDA-Rezeptorunterpoulationen, die diese unterschiedlichen Untereinheiten enthalten, können durch konkurrierende NMDA-Rezeptorantagonisten mit unterschiedlichen Affinitäten zu dem Glutamatbindungsplatz der verschiedenen NR2-Untereinheiten unterschieden werden (Monoghan DT, et al. (1998) Prog Brain Res 116:158–177).
In der CA1-Hippocampusregion und dem cerebralen Cortex können sowohl die Langzeitpotenzialisierung (long-term potentiation = LTP) als auch die Langzeitunterdrückung (long-term depression = LTD) von der Aktivierung der NMDA-Rezeptoren abhängen, weil beide durch den NMDA-Rezeptorantagonisten D/L-2-Amino-5-Phosphonovaleriansäure (D/L-AP5) blockiert werden können (Collingridge GL, et al. (1983) J Physiol (Lond) 334:34–46; Harris EW, et al. (1984) Brain Res 323:132–137; Dudek SM, Bear MF (1992) Proc Natl Acad Sci USA 89:4363–4367; Mulkey RM, Malenka RC (1992) Neuron 9:967–975, Kirkwood A, et al. (1993) Science 260:1518–1521; Christie BR, et al. (1996) Learn Mem 3:160–169; Cummings JA, et al. (1996) Neuron 16:825–833). Hochfrequenzstimulation verursacht starke Aktivierung der liganden- und spannungsabhängigen NMDA-Rezeptoren. Ein starker Einstrom von Ca²⁺ in die postsynaptischen Neuronen folgt der auslösenden Potenzialisierung. Niedrigfrequenzstimulation resultiert in moderate Aktivierung von NMDA-Rezeptoren und einen moderaten Einstrom von Ca²⁺, was zur Unterdrückung führt. Ein zusätzlicher Mechanismus, der an dieser Zweirichtungsantwort teilnimmt, kann jedoch sein, dass die Hoch- und Niedrigfrequenzstimulation unterschiedliche Unterpopulationen der NMDA-Rezeptoren aktiviert (Hrabetova S, Sacktor TC (1997) Neurosci Lett 226:107–110).
Verschiedene Aminosäuren sind nach der Entdeckung interessant geworden, dass sie in der Lage sind, die Bindung und Modulation von bestimmten Rezeptoren im zentralen Nervensystem (ZNS), einschl. des NMDA-Rezeptors, zu beeinflussen. Aufmerksamkeit ist auf die Identifikation von neuen Verbindungen gerichtet worden, die selektiv an diese Rezeptorplätze anbinden und diese aktivieren oder blockieren. Solche Verbindungen können vorteilhaft eingesetzt werden, um Störungen zu behandeln, die aus ZNS-Fehlfunktionen resultieren, einschl. z.B. verschiedener unwillkürlicher Muskelaktivitäts- und/oder mentaler und/oder affektiver Störungen.
Eine Anzahl von Piperazin-2-carbonsäure- und Piperazin-2,3-dicarbonsäureanalogen sind als potentielle NMDA-Rezeptorantagonisten synthetisiert worden. Die EP-A-0 159 889 und die GB-A-2157685 offenbaren verschiedene solcher Verbindungen, einschl. 1-(4-Brombenzoyl)-piperazin-2,3-dicarbonsäure (BrBzPDS). Diese Verbindungen sind jedoch relativ schwache NMDA-Rezeptorantagonisten und sie sind auch relativ unselektiv in Bezug auf die NMDS-Rezeptoren, indem sie auch durch alpha-Amino-3-hydroxy-5-methylisoxazol-4-propionsäure (AMPS) und Kainat induzierte Depolarisierungen bei neonatalen Rattenmotoneuronen antagonisieren.
Ein potenterer und selektiverer NMDA-Rezeoptorantagonist, nämlich 1-(4-Phenylbenzoyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure (PBPD) ist von Buller et al., European Journal of Pharmacology, 320, (1997), 87–94, beschrieben worden. PBPD zeigt tatsächlich die umgekehrte Selektivität wie die zuvor beschriebenen Antagonisten, wie beispielsweise 4-(3-Phosphonoprop-2-enyl)piperazine-2-carbonsäure (CPP-en), in dem es selektiv NR1/NR2B oder NR1/NR2D-Rezeptoren gegenüber jenen antagonisiert, die NR1/NR2A oder NR1/NR2C enthalten. Jedoch ist PBPD nur von moderatem Potential, wenn sie mit den zuvor beschriebenen Antagonisten, wie beispielsweise CPP-en, verglichen wird.
Es bleibt ein Bedarf für NMDA-Rezeptorantagnisten, die eine hohe Potenz haben und/oder eine Selektivität in Bezug auf bestimmte NMDA-Rezeptoruntertypen entwickeln. Es ist ein Ziel der Erfindung, solche Verbindungen bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verbindungen der Formel (I) bereitgestellt
wobei: L
ist, das optional durch Austausch eines oder mehrerer der Wasserstoffatome des Phenanthrenringsystems durch eine oder mehrere Gruppen substituiert ist, die dieselben oder unterschiedliche Gruppen sein können, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, C₁ bis C₆ Alkoxy-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl-, C₂ bis C₆ Alkynyl-, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemgruppen, wobei die Gruppen von der C₁ bis C₆ Alkylgruppe bis zu der heterozyklischen optional durch eine oder mehrere Gruppen substituiert sein können, die ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, C₁ bis C₆ Alkkoxy-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl-, C₂ bis C₆ Alkynyl-, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemgruppen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, die ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen; und Benzylgruppen,
A CH₂, SO₂ oder C=O ist;
X CO₂H, PO₃H₂, PO₂H₂, PO₂HR⁵, PO₂HOR⁵, SO₃H, SO₂H oder Tetrazol ist; und
R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, C₁ bis C₆ Alkyl, C₂ bis C₆ Alkenyl, C₂ bis C₆ Alkynyl, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen, und C₁ bis C₆ Alkyl substituiert mit aromatischen, carbozyklischen oder heterozyklischen Ringsystemen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen, oder ein pharmazeutisch akzeptables saures Salz oder Baseadditionssalz oder ein in vivo hydrolysierbarer Ester, der durch Veresterung von einer oder mehrerer der Säuregruppen der Verbindung gebildet wird, oder ein Amid derselben, das durch Azylierung einer oder mehrerer der Aminogruppen der Verbindung gebildet wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Verfahren zum Synthetisieren von Verbindungen der Formel (I) bereitgestellt.
In noch einem anderen Aspekt der Erfindung werden Verbindungen der Formel (I) für die Diagnose und Behandlung von ZNS-Störungen aufgrund fehlerhafter NMDA-Rezeptoraktivität verwendet. Es werden auch pharmazeutische Zusammensetzungen, die Verbindungen der Formel (I) aufweisen, für die Verabreichung an Patienten bereitgestellt, die ihrer bedürfen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Kurve, die die Resultate einer Schild-Analyse der NMDA-iduzierten Depolarisierungen im Rückenmark zeigt. Die Daten ergeben, dass PPDS, die hier auch als HWG 57 bezeichnet wird, ein konkurrierender Antagonist mit einer Affinität (K_d) von 200 bis 47 nM ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gruppe L bei den Verbindungen der Formel (I), die auf einem Phenanthrenringsystem basiert, ist optional mit einer oder mehreren (d.h. von einer bis zu neun) Gruppen substituiert, die dieselbe oder unterschiedliche sein können. Optionale Substituenten an L umfassen z.B. Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Alkoxy-, Alkyl-, Alkenyl-, Alkynyl-, Aryl-, Aralkyl-Gruppen, wobei die letzteren fünf Gruppen sämtlich optional mit einer oder mehreren Gruppen substituiert sind, welche aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Alkoxy-, Alkyl-, Alkenyl-, Akynyl-, Aryl- und Aralkyl-Gruppen ausgewählt sind. Vorzugsweise ist L unsubstituiert.
Vorzugsweise ist A bei den Verbindungen der Formel (I) C = O.
Verbindungen der Formel (I), die hier auch als "Verbindung der Erfindung" bezeichnet werden, weisen eine Gruppe X, einen sauren Anteil, auf. Vorzugsweise ist X -CO₂H.
Der Begriff "Alkyl", so wie er hier verwendet wird, umfasst verzweigtes und unverzweigtes C₁ bis C₆ Alklyl (z.B. Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl und 2-(2-Methylpropyl)) und C₃ bis C₆ Zykloalkyl (z.B. Zyklopropyl, Zyklobutyl, Zyklopentyl und Zyklohexyl). Die Begriffe "Alkenyl" und "Alkynyl" sind ähnlich definiert, aber die Gruppen, auf die sie sich beziehen, enthalten mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung bzw. -Dreifachbindung. "Alkoxy" meint ein Alkyl, das mit einem Sauerstoffradikal abschließt (Methoxy, Propoxy, Butoxy). Der Begriff "Alkylen" umfasst C₁ bis C₆ Alkylen und ist ein Diradikal, bei dem zwei radiale Gruppen durch eine oder mehrere CR'R"-Gruppen getrennt sind, wobei R' und R" unabhängig voneinander für H oder eine Alkylgruppe stehen.
Der Begriff "Aryl", so wie er hier verwendet wird, umfasst aromatische, carbozyklische und heterozyklische Ringsysteme, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere weitere Gruppen substituiert sind. Aryl umfasst somit z.B. Phenyl, Naphthyl, Pyridyl, Thiophenyl und Furanyl, alle optional substituiert. Geeignete Substituenten an dem Arylringsystem umfassen z.B. ein oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen, die ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, Alkyl-, Alkenyl- und Alkynylgruppen. "Aralkyl" bedeutet Alkyl, das mit einer Arylgruppe substituiert ist, z.B. Benzyl.
Der Begriff "Halogen", so wie er hier verwendet wird, deckt Fluor, Chlor, Brom und Jod ab. "Halogenalkyl" bedeutet Alkyl, das mit einer oder mehrerer derselben oder unterschiedlicher Halogengruppen substituiert ist, z.B. Chlormethyl oder Trifluormethyl.
Die Verbindungen der Erfindung können die Form von pharmazeutisch akzeptablen Säuresalzen oder Basezusatzsalzen haben. Geeignete Säuresalze umfassen z.B. Natriumsalze, die durch Deprotonierung einer oder mehrerer der sauren Gruppen (z.B. der Carbonsäuregruppen) bei der Verbindung der Formel (I) gebildet werden. Geeignete Basezusatzsalze umfassen z.B. Salze, die zwischen den Verbindungen der Formel (I) und einer Säure, so wie z.B. Salzsäure, durch Protonierung einer Aminogruppe gebildet werden. Die Verbindung der Formel (I) kann in Form eines in vivo hydrolysierbaren Esters (z.B. gebildet durch Veresterung einer oder mehrerer der sauren Gruppen bei den Verbindungen der Erfindung) oder Amiden (z.B. gebildet durch Azylierung einer oder mehrerer der Aminogruppen bei den Verbindungen der Erfindung) vorliegen.
Die Verbindungen der Formel (I) weisen ein oder mehrere Chiralitätszentren auf und können in Form einer racemischen Mischung von Enantiomeren, die in Bezug auf ein Enantiomer wesentlich angereichert ist, oder in Form eines im Wesentlichen reinen Enantiomers vorliegen. Gleichermaßen können die Verbindungen der Formel (I) in Form eines einzigen Diastereomers oder einer Mischung von Diastereomeren vorliegen. Es ist für die Verbindungen der Formel (I) bevorzugt, dass die Gruppen X und -CO₂H, wie sie in der Formel (I) gezeigt sind, an dem sechsgliedrigen Piperazinring cis zueinander sind.
Bevorzugte Verbindungen der Erfindung umfassen 1-(Phenanthren-2-ylcarbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure, und mehr bevorzugt cis-1-(Phenanthren-2-ylcarbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure.
Verbindungen der Formel (I) können in einer oder mehreren tautomeren Formen existieren, von denen alle in die vorliegende Erfindung eingeschlossen sind.
Die Verbindung der Erfindung kann auf einer Anzahl von Wegen produziert werden. In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungen bereit, dass die Reaktion einer Verbindung der Formel (II)
mit einer Verbindung der Formel L-A-M aufweist, wobei: R¹, R², R³, R⁴, X, L und A dieselben wie in Anspruch 1 definiert sind und M eine sich ablösende Gruppe ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird typischerweise in einem Lösungsmittel für einen Zeitraum und bei einer Temperatur ausgeführt, um ausreichende Mengen der Verbindung der Formel (I) zu erzeugen. Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte des Separierens der Verbindung der Formel (I) von der Reaktionsmischung und des anschließenden Reinigens der Verbindung der Formel (I). Das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. die Verwendung einer Verbindung der Formel L-A-M einbeziehen, bei der M eine Halogengruppe ist, wenn A CH₂, SO₂ oder CO ist, oder wobei M -OH, -OR''' oder -OC(O)OR''' ist, (wobei R''' Alkyl, Aryl oder Aralkyl ist), wenn A CO ist. In dem Fall, in dem A CO ist, kann das Verfahren die Reaktion einer Verbindung der Formel (II) mit einem Azylhalid der Formel L-COCI in einem polaren Lösungsmittel, so wie 1,4-Dioxan, bei Raumtemperatur für ein bis vier Stunden aufweisen. Das Verfahren kann die Trennung der Verbindung der Formel (I) von der Reaktionsmischung durch Ionenaustauschharzchromatographie und optional weitere Reinigung durch Rekristallisation aus einem geeigneten Lösungsmittel, z.B. Wasser, umfassen.
Verbindungen der Formel (II) sind kommerziell verfügbar und/oder aus kommerziell verfügbaren Komponenten auf Standardwegen erhältlich. Zum Beispiel können Verbindungen der Formel (II), bei denen X CO₂H ist, aus der entsprechenden Pyrazinverbindung durch Reduktion mit Wasserstoff in der Anwesenheit eines Katalysators (z.B. PtO₂) präpariert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wurde (±)-cis-1-(10-Bromphenanthren-2-carbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure (BromPPDS, 5) gemäß Schema 1 synthetisiert. Phenanthren-2-carboxylsäure (1) wurde mit Brom in Essigsäure bei 70 °C bromiert, um das Bromderivat (2) zu ergeben, das unter Verwendung von Thionylchlorid in das Säurechlorid (3) umgewandelt wurde. Das Säurechlorid (3) wurde in einer wässrigen Natirumhydroxyd/Dioxan-Mischung an (_)-cis-Piperazin-2,3-dicarbonsäure (4) gekoppelt, um das Zielmolekül (5) zu ergeben, das durch Kristallisation aus Wasser gereinigt wurde.
Schema 1
Reagenzien: A, Brom, Essigsäure; B, SOCl₂, Benzen C, NaOH(aq)/Dioxan
Verbindungen der Formel (I) besitzen NMDA-Rezeptoren modulierende Aktivität in vitro und in vivo. Als solche können sie vorteilhafter Weise bei der Behandlung von ZNS-Störungen eingesetzt werden, die von gestörter NMDA-Rezeptoraktivität herrühren.
Die vorliegende Erfindung stellt auch pharmazeutische Zusammensetzungen bereit, die eine erfindungsgemäße Verbindung zusammen mit einem pharmazeutisch akzeptablen Verdünnungsmittel oder Träger aufweisen. Die pharmazeutisch akzeptablen Verdünnungsmittel oder Träger, die zur Verwendung in jeglicher gegebener Zusammensetzung geeignet sind, hängen von dem vorgesehenen Modus der Verabreichung der Zusammensetzung ab und werden dem Fachmann wohl bekannt sein.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können parenteral oder oral, z.B. intravenös für die akute Behandlung oder subkutan oder oral für die chronische Behandlung verabreicht werden. Erfindungsgemäße Verbindungen können für die klinische Verwendung in geeigneten Vehikeln formuliert werden, normalerweise als Präparationen eines wasserlöslichen Salzes, aber auch als Präparationen geringer Wasserlöslichkeit und optional in Verbindung mit physiologisch tolerierbaren Emulgatoren.
Für einen verbesserten Wirkungsgrad kann es für die Verbindung der Erfindung notwendig sein, die Blut-Gehirn-Schranke zu überwinden. In solchen Fällen können die Verbindungen der vorliegenden Erfindung in Überschussmengen verabreicht werden, um sicherzustellen, dass ausreichende Konzentrationen der Verbindung für den gewünschten therapeutischen Effekt innerhalb des Gehirns erreicht werden. Dementsprechend wird dies die Konzentration der aktiven Verbindungen in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung beeinflussen. Betrachtungen dieser Art zeigen an, dass Kompositionen die aktive Verbindung in so einer Konzentration aufweisen können, dass ein konventionelles Dosierungsvolumen das Subjekt mit bis zu etwa 150 bis 350 mg/kg Körpergewicht und mehr bevorzugt 200 mg/kg Körpergewicht versehen würde. Wenn die Verbindung über den intravenösen oder subkutanen Weg zu verabreichen sind, sind Dosierungen im Bereich von etwa 1 – 20 mg/kg Körpergewicht für die aktiveren Verbindungen und/oder für jene Substanzen mit einem hohen lipophilen zu hydrophilen Gleichgewicht geeignet.
Von der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Behandeln eines Patienten bereitgestellt, der an einer Störung des ZNS leidet, die von einem fehlerhaften NMDA-Rezeptorverhalten herrührt, wobei das Verfahren das Verabreichen einer therapeutisch effektiven Menge einer erfindungemäßen Verbindung an den Patienten aufweist.
Weiterhin wird von der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung bei der Herstellung eines Medikaments für die Behandlung einer Störung des zentralen Nervensystems bereitgestellt, die von einem fehlerhaften NMDA-Rezeptorverhalten herrührt.
Störungen des zentralen Nervensystems, die gemäß der Erfindung behandelt werden können, umfassen Epilepsie, schmerzbezogene Störungen, Narkotika bezogene Störungen (z.B. Narkotikatoleranz) und Störungen, die von einem Nervenzellentod nach Ischämieerkrankung oder Schlaganfall oder Kopf- und/oder Rückenmarksverletzung oder HIV-Infektion herrühren. Weitere Störungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt werden können, umfassen psychiatrische Störungen (so wie Schizophrenie) und neurodegenerative Störungen, so wie Alzheimerkrankheit, Parkinsonkrankheit und Huntingtonkrankheit.
Die Verbindungen der Erfindung sind Antagonisten an NMDA-Rezeptorplätzen in dem zentralen Nervensystem und zeigen, wenn sie mit Verbindungen des Stands der Technik vergleichen werden, eine größere Potenz. Weiterhin zeigen die beanspruchte Verbindungen auch eine größere Selektivität für NMDA-Rezeptoruntertypen, so wie z.B. für NR2C oder NR2D gegenüber NR2A oder NR2B. Die Selektivität der Verbindungen stellt therapeutische Vorteile gegenüber bekannten NMDA-Antagonisten bereit, da eine verbesserte Selektivität unerwünschte Nebeneffekte reduziert. Nebenwirkungen, denen bei Verbindungen des Stands der Technik begegnet wird, umfassen Gedächtnisverlust, psychotomimische Effekte und Verlust der motorischen Koordination. Die Milderung jedes dieser Nebeneffekte ist eindeutig vorteilhaft.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auch als Untersuchungswerkzeuge für die Studie von NMDA-Rezeptoren verwendet werden. Wenn sie als Untersuchungswerkzeuge verwendet werden, können die erfindungsgemäßen Verbindungen detektierbar markiert werden, beispielsweise durch Einbau von einem oder mehreren ³H Atomen (die ¹H Atome ersetzen) in die erfindungsgemäßen Verbindungen. Vorzugsweise erfolgt die Radiomarkierung durch Substitution von einem oder mehreren ¹H Atomen (z.B. durch ³H) an den Phenanthrenring. Alternativ können solche detektierbaren Markierungen Fluorophorkonjugate, chemolumineszente Konjugate und dgl. umfassen.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die folgenden nicht limitierenden Beispiele illustriert werden.
BEISPIEL 1
Präparation von Piperazin-2,3-dicarbonsäure
Pyrazin-2,3-dicarbonsäure (21,27 g, 0,127 mol) wurde in einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid (10,12 g, 0,253 mol) aufgelöst, um Dinatriumpyrazin-2,3-dicarbonsäure zu ergeben. Die wässrige Lösung der Säure wurde unter 40 psi Wasserstoff in der Anwesenheit von Platin (IV)-oxidkatalysator (0,5 g) für einen Zeitraum von 3 Tagen hydriert. Die Reaktionsmischung wurde gefiltert und das Lösungsmittel entfernt, um ein Öl zu ergeben. Das Öl wurde an eine Ionenaustauschharzsäule (Dowex-AG-50 H⁺-Form) gebunden und mit Wasser eluiert, bis das Eluat einen pH-Wert von 5 aufwies. Die Säule wurde mit einer 10 % wässrigen Pyridinlösung eluiert, die aktiven Ninhydrinfraktionen wurden kombiniert, und das Lösungsmittel wurde in vacuo entfernt. Der Feststoff wurde durch Kristallisation gereinigt, um die Titelverbindung zu ergeben (25,64 g, 95,6 %).
BEISPIEL 2
Präparation von 2-Carboxyphenanthren
Brom (4,7 ml, 0,091 mol) wurden zu einer eiskalten Lösung von Natriumhydroyd (12,7 g, 0,318 mol) in Wasser (70 ml) hinzugegeben, um eine basische Lösung von Natriumhypobromit auszubilden. Die Natriumhypobromitlösung wurde zu einer gerührten Lösung von 2-Acetylphenanthren in Dioxan (70 ml) bei 60 bis 65 °C für 15 min. hinzgegeben. Überschüssiges Natriumhypobromid wurde durch die Zugabe einer 10 % Lösung von Natriummetabisulphit (20 ml) entfernt. Wasser (300 ml) wurde zugegeben, und ungefähr 100 ml des Lösungsmittels wurden unter reduziertem Druck entfernt. Die Reaktionsmischung wurde mit konzentrierter Salzsäure angesäuert. Das gebildete Präzipitat wurde abgefiltert und mit Wasser gewaschen, um die Titelverbindung als Feststoff zu ergeben (4,01 g, 99,2 %).
BEISPIEL 3
Präparation von (±)-cis-1-(Phenanthren-2-ylcarbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure (PPDS)
2-Carboxyphenanthren (2 g, 0,009 mol) wurde in trockenem Benzen (50 ml) suspendiert und unter Refluxieren in der Anwesenheit von Thionylchlorid (5 ml) für 5 Stunden erhitzt. Das Lösungsmittel wurde entfernt, und das entsprechende Säurechlorid wurde ohne weitere Reinigung verwendet. Piperazin-2,3-dicarboxylsäure (0,058 g, 0,003 mol) wurde in einer 0,991M wässrigen Natriumhydroxidlösung (9,4 ml, 0,009 mol) aufgelöst, Dioxan (10 ml) wurde zugegeben, und die Lösung wurde auf 0 °C abgekühlt. Eine Lösung des Säurechlorids (0,84 g, 0,0035 mol) in Dioxan (10 ml) wurde zu der Reaktionsmischung hinzugegeben. Die Reaktion wurde auf Raumtemperatur aufgewärmt und für 2 bis 3 Stunden gerührt. Die Reaktionsmischung wurde mit wässriger Salzsäure auf einen pH-Wert von 2 bis 3 angesäuert. Der Feststoff wurde abgefiltert, in Dioxan/H₂O (50:50) aufgelöst und an eine Ionenaustauschharzchromatographiesäule (Dovex-AG50 H⁺-Form) gebunden. Er wurde mit Dioxan/H₂O (50:50) eluiert, bis organische Verunreinigungen entfernt sind. Die Säule wurde mit 10 % wässrigem Pyridin eluiert, und die Ninhydrinfraktionen wurden kombiniert. Das Lösungsmittel wurde entfernt, und der Feststoff wurde aus H₂O kristallisiert, um einen weißen Feststoff zu ergeben (0,128 g, 12 %). Schmelzpunkt = 218,1–221,7 °C (dec.); ¹H NMR (300MHz, NaOD/D₂O) 7,7–8,8 (m, 9H, Ar), 5,6 (d, 0,5H, CH-CO₂H, J_AB= 2,6 Hz), 4,8 (d, 0,5H, CH-CO₂H, J_AB = 2,6Hz), 4,4 (d, 0,4H, CH-CO₂H, J_AB = 12,0Hz), 3,6 (d, 0,4H, CH-CO₂H, J_AB = 12,0 Hz), 2,5–3,8 (m, 4H, N-CH₂CH₂-NH); Elementanalyse berechnet für C₂₁H₁₈N₂O₅. 2,3H₂O C: 60,07; H: 5,44, N: 6,67. Gefunden C: 60,06, H: 5,38, N: 6,85. Die cis-Isomerie wurde durch COSEY¹H NMR bestätigt.
BEISPIEL 4
Präparation von 10-Bromphenanthren-2-Carbonsäure (2)
Phenanthren-2-Carbonsäure (1, 0,1168, 0,5 mmol) wurde in Essigsäure bei 70 °C aufgelöst, und dann wurde Brom (0,27 ml, 0,5 mmol) zugegeben. Die Mischung wurde bei 70 °C über Nacht gerührt.
Am folgenden Tag wurde Brom (0,027 ml, 0,5 mmol) zugegeben, und die Mischung wurde für sechs Stunden refluxiert und dann abgekühlt. Das resultierende Präzipitat wurde durch Filtration gesammelt. ¹H NMR (270MHz, DMSO):_7,8 (m, 2H), 8,1 (d, 1H), 8,25 (d, 1H), 8,45 (s, 1H), 8,9 (s, 1H), 8,95 (m, 1H) und 9,05 (d, 1H).
BEISPIEL 5
Präparation von (±)-cis-1-(10-bromphenanthren-2-Carbony)Piperazin-2,3-Dicarbonsäure (5)
10-Bromphenanthren-2-Carbonsäure (2, 0,6638, 2,2 mmol) wurde zu Benzen (50 ml) hinzugegeben, das überschüssiges Thionylchlorid enthielt, und die Mischung wurde unter Refluxieren über Nacht aufgeheizt. Am folgenden Tag wurde die Mischung unter reduziertem Druck eingedampft, und das resultierende Säurechlorid (3) wurde ohne weitere Reinigung verwendet. (_)-cis-Piperazin-2,3-Dicarbonsäure (4, 0,468, 2,6 mmol) wurde zu 0,991 M wässrigem Natriumhydroxid (8 ml, 8 mmol) und Dioxan (10 ml) zugegeben, und die Mischung wurde auf 0 °C abgekühlt. Eine Lösung des Rohsäurechlorids (3) in trockenem Dioxal wurde dann zugegeben, und die Mischung wurde bei 0 °C für fünf Minuten gerührt und dann bei Raumtemperatur über Nacht. Am folgenden Tag wurde die Reaktionsmischung durch Eindampfen unter reduziertem Druck auf ungefähr das halbe Volumen reduziert und wurde dann mit 6 M wässriger Salzsäure angesäuert. Das resultierende Präzipität wurde durch Filtration gesammelt, in Dioxan (50 bis 100 ml erhitzt) und gefiltert. Die Prozedur wurde dann zweimal wiederholt. Der resultierende Feststoff wurde zu Wasser knapp unter dem Siedepunkt hinzugegeben und gerührt, um wasserlösliche Nebenprodukte zu lösen. Das unlösliche Material wurde durch Filtration gesammelt, mit Dioxan gewaschen und getrocknet, um (±)-cis-1(10-Bromphenanthren-2-carbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure (5) als einen weißen Feststoff zu ergeben. ¹H NMR (270MHz, D₂O/NaOD):_2,5–3,4 (m, 4H), 4,3 (d, 0,5H), 5,5 (d, 0,5 H), 7,2–7,6 (m), 7,65–7,8 (m), 7,75 (s) 7,95–8,2 (m), 8,1 (s) und 8,25–8,5 (m).
BEISPIEL 6
PPDSn unterscheiden zwischen ionotropischen Rezeptoren bei Motoneuronen des neonatalen Rattenrückenmarks
Hemisektierte neonatale Rattenrückenmarke (Evans und Watkins, European Journal of Pharmacology, 50: 123–129, 1978) wurden isoliert, und Drahtelektroden wurden unter den freigelegten Ventralwurzeln angeordnet. Die Präparation wurde mit Standardringerlösung (die in mM enthielt: NaCl 118, NaHCO₃ 25, KCl 3, CaCl₂ 2,5, D-Glukose 12 und mit 95 O₂/5%CO₂ begast war) übergossen. Um Agonisten-induzierte Antworten aufzuzeichnen, wurden 0,1 μM Tetrodotoxin eingeschlossen, um synaptische Transmissionen und zugeordnete Depolarisierungen zu blockieren. Der Agonist (N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) wurde für 60 bis 120 sek. in einer Rate von 1 ml/min. übergegossen. Die relativen positiven Potentiale, die von der (bezüglich des Rückenmarks) distalen Drahtelektrode verglichen mit der proximalen Elektrode aufgezeichnet wurden, wurden als Hinweis auf die Motonervenzellendepolarisierung angesehen. Der Antagonismus der Agonist-induzierten Antworten wurde durch gemeinsame Anwendung des Antagonisten PPDS beobachtet.
1 zeigt den Effekt von PPDS auf ionotropsiche Rezeptoren von Motoneuronen in dem neonatalen Rattenrückenmark. Diese Fig. ist eine Auftragung einer Schild-Analyse von NMDA-induzierten Depolarisierungen im Rückenmark, die anzeigt, dass PPDS ein konkurrierender Antagonist mit einer Affinität (Kd) von 247 nM ist. DR (Dose Ratio) ist das Dosisverhältnis einer Agonistenkonzentration in der Anwesenheit eines Antagonisten, das eine vergleichbare Antwort erzeugt, wenn es mit der Behandlung mit dem Agonisten allein verglichen wird. So sind höhere Agonistenkonzentrationen erforderlich (höhere DR), um die Blockierung durch höhere Konzentrationen von PPDS umzukehren, was darauf hinweist, dass die Blockade von konkurrierender Natur ist. PPDS ist als Antagonist von NMDA-induzierten Depolarisationen im Rückenmark genauso potent wie CPP-en.
AMPA und Kainat sind protypische Agonisten, die eine Selektivität für die AMPA- und Kainatuntertypen von Glutamatrezeptoren zeigen und diese vornehmlich aktivieren. In zusätzlichen Tests wurde PPDS in einer Konzentration von 5 μM (was ungefähr das 20-fache des K_d-Werts für den Antagonismus von NMDA-Rezeptoren ist) als Antagonist von AMPA (6 μM)-, Kainat (50 μM)- und NMDA (50 μM)-induzierten Depolarisationen (es wurden ungefähr EC₅₀-Konzentrationen verwendet) an neonatalen Rattenmotoneuronen getestet.
Die Resultate sind unten gezeigt. Resultate:
88 % Antagonismus von NMDA
15 % Antagonismus von AMPA
21 % Antagonismus von Kainat
Diese Resultate zeigen, dass PPDS selektiv an den NMDA-Untertyp des Glutamatrezeptors anbindet.
PPDS (50 μM) hat auch keinen Effekt auf Depolarisierungen nach der Verabreichung von (1S,3R)-1-Amino-1,3-zyklopentandicarbonsäure (ACPD; 30 μM). APCD ist ein metabotroper Glutamat-(MGlu)-Rezeptorargonist der Gruppe I. Die angegebenen Werte wurden unter Verwendung von quantitativer Rezeptorautoradiographie von [³H]-Glutamat markierten NMDA-Rezeptoren in Rattenhirngewebeschnitten bestimmt. Die Daten zeigen, dass PPDS ein selektiver NMDA-Rezeptorantagonist mit schwächerer antagonistischer Aktivität auf AMPA-/Kainat-Rezeptoren und im Wesentlichen keiner antagonistischen Aktivität auf Gruppe 1-mGlu-Rezeptoren ist.
Die Potenz von PPDS für native NMDA-Rezeptoren wurde auch in einem Xenopus Eizellensystem untersucht. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
PPDSn differenzieren zwischen Unterklassen von NMDA-Rezeptoren in vitro bei Xenopus-Eizellen.
Tabelle 1
BEISPIEL 7
PPDSn differenzieren zwischen ionotropischen Rezeptoren in vitro bei Xenopus Eizellen
RNA-Translation und -Transkription in Xenopus-Eizellen und elektrophysiologische Aufzeichnungen wurden durchgeführt, wie zuvor beschrieben wurde (Monaghan DT, Larson H (1997) J Pharmacol Exp Ther 280:614–620). Plasmide wurden mit Notl (NR1a), EcoRl (NR2A, NR2C und NR2D) oder Sall (NR2B) linearisiert und in vitro unter Verwendung des mMessage mMachine RNA-Polymerasetranskriptionskits (Ambion, Austin, Texas) transkribiert.
NR1a wurde 1:3 mit NR2A-, NR2B-, NR2C- oder NR2D-RNA gemischt, und 2–50 ng dieser Mischung wurde in Einzellen injiziert. Agonisten-hervorgerufene Antworten wurden unter Verwendung einer Standard-2 Mikroelektroden-Spannungsklemme (Modell OC-725 B Eizellenklemme; Warner Instruments, Hamden, CT) bei einem Haltepotential von –60 mV gemessen. Glutamat (10 μM) und Glyzin (10 μM) wurden angewandt, bis stabile Plateauantworten erhalten wurden; (±)-cis-1-(Phenanthren-2-yl-carbonyl)-piperazin-2,3-dicarbonsäure (PPDS) (0,1, 0,3, 1, 3, 10 oder 30 μM) wurde dann angewandt, bis eine stabile Blockade erhalten war, gefolgt von Antagonistenauswaschung und voller Antagonistenantwort. Stromantworten wurden aufgenommen und mit AxoData- (Axon Instruments, Foster City, CA) und GraphPad Prism (ISI Software, San Diego, CA) Software analysiert. K_i-Werte wurden bezüglich der Agonistenaffinität gemäß der Cheng-Prusoff-Gleichung korrigiert. Die Daten in Tabelle 3 sind als mittlerer K_i ± Standardabweichungen ausgedrückt. Von PPDS wurde herausgefunden, dass sie wenig Wirkung auf native nicht-NMDA-Glutamatrezeptoren hat. Autoradiographie, die durchgeführt wurde, wie von Monaghan DT in: Receptor Autoradiography: Principles and Practice (Wharton J, Polk JM, Herausgeber), Seiten 171–193, New York: Oxford UP (1993) beschrieben ist, zeigte, dass PPDS bei 10 μM 44,6 ± 1,3 % von 100 nM [³H]6-Cyano-7-nitroquinoxalin-2,3-dion (CNQX)-Bindung an native AMPA-Rezeptoren und 9,3 ± 6,7 % von 25 nM [³H] Kainat (n=3) inhibiert.
Die Selektivität von PPDS für unterschiedliche NMDS Rezeptoruntertypen wurde untersucht. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2 K_i-Werte für rekombinante NMDA-Rezeptoren, die NR2-Untereinheiten A–D enthalten
In Tabelle 2 wurden die K_i-Werte von NR2-Untereinheiten erhalten, die rekombinant mit NR1a Untereinheiten expressiviert wurden, um Rezeptoren in Xenopus-Eizellen auszubilden. Die K_i-Werte für D-CPPen stammen aus Buller AL, Monaghan DT (1997) Eur J Pharmacol 320:87–94 (Mittelwert ± Standardabweichung; n = 4–6); bei den K_i-Werten für PPDS, n=3. Unterschiede zwischen den Mitteln wurde durch Normalisierung auf PPDS [(2C+2D) K_i/(2A+2B)K_i ^{nL PPDA}] ausgedrückt und durch Dividieren der Verhältnisse für jede Droge durch das Verhältnis für PPDS erhalten.

Claims

Verbindung der Formel (I)
wobei: L
ist, das optional durch Austausch eines oder mehrerer der Wasserstoffatome des Phenanthrenringsystems durch eine oder mehrere Gruppen substituiert ist, die dieselben oder unterschiedliche Gruppen sein können, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, C₁ bis C₆ Alkoxy-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl-, C₂ bis C₆ Alkynyl-, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemgruppen, wobei die Gruppen von der C₁ bis C₆ Alkylgruppe bis zu der heterozyklischen optional durch eine oder mehrere Gruppen substituiert sein können, die ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, C₁ bis C₆ Alkkoxy-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl-, C₂ bis C₆ Alkynyl-, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemgruppen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, die ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen; und Benzylgruppen, A CH₂, SO₂ oder C=O ist; X CO₂H, PO₃H₂, PO₂H₂, PO₂HR⁵, PO₂HOR⁵, SO₃H, SO₂H oder Tetrazol ist; und R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, C₁ bis C₆ Alkyl, C₂ bis C₆ Alkenyl, C₂ bis C₆ Alkynyl, aromatischen, carbozyklischen und heterozyklischen Ringsystemen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen, und C₁ bis C₆ Alkyl substituiert mit aromatischen, carbozyklischen oder heterozyklischen Ringsystemen, die an dem Ring optional durch eine oder mehrere derselben oder unterschiedlicher Gruppen substituiert sind, welche ausgewählt sind aus Halogen-, Cyan-, Hydroxy-, Nitro-, C₁ bis C₆ Alkyl-, C₂ bis C₆ Alkenyl- und C₂ bis C₆ Alkynylgruppen, oder ein pharmazeutisch akzeptables saures Salz oder Baseadditionssalz oder ein in vivo hydrolysierbarer Ester, der durch Veresterung von einer oder mehrerer der Säuregruppen der Verbindung gebildet wird, oder ein Amid derselben, das durch Azylierung einer oder mehrerer der Aminogruppen der Verbindung gebildet wird.
Verbindung nach Anspruch 1, wobei A C=O ist.
Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei X CO₂H ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei R¹, R², R³, R⁴ und falls vorhanden R⁵ alle H sind.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei L unsubstituiert ist.
Verbindung nach Anspruch 1, wobei die Gruppen X und -CO₂H cis zueinander sind.
Verbindung nach Anspruch 1, die cis-1-(Phenanthren-2-carbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die radioaktiv markiert ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Verwendung in der Medizin.
Pharmazeutische Zusammensetzung, die eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zusammen mit einem pharmazeutisch akzeptablen Verdünnungsmittel oder Träger aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dass die Reaktion einer Verbindung der Formel II:
mit einer Verbindung der Formel L-A-M aufweist, wobei: R¹, R², R³, R⁴, X, L und A dieselben wie in Anspruch 1 definiert sind und M eine sich ablösende Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei M eine Halogengruppe ist.
Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei der Herstellung eines Medikaments für eine Behandlung von Störungen des zentralen Nervensystems.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Störung des zentralen Nervensystems ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Epilepsie, schmerzbezogenen Störungen, Narkotika-bezogenen Störungen, Störungen, die aufgrund von Nervenzellentod nach Ischämieerkrankungen oder Schlaganfällen oder Kopf- oder Rückenmarksverletzungen oder HIV-Infektionen auftreten, psychiatrischen Störungen, Schizophrenie, neurodegenerative Störungen, Alzheimerkrankheit, Parkinsonkrankheit und Huntingtonkrankheit.
Verbindung nach Anspruch 1, die (±)-cis-1-(10-Bromphenanthren-2-carbonyl)piperazin-2,3-dicarbonsäure ist.