DE69631588T2

DE69631588T2 - Benzolpiperidine/pyrrolidine zur verbesserung synaptischer reaktion

Info

Publication number: DE69631588T2
Application number: DE69631588T
Authority: DE
Inventors: A. Gary ROGERS; Lena Nilsson
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JP3464800B2; EP0839134B1; DK0839134T3; PL323667A1; PT839134E; US5783587A; KR19990022249A; PL187895B1; CA2222976A1; EP0839134A1; ATE259788T1; AU5929396A; KR100444539B1; KR20040004716A; CA2222976C; AU708715B2; DE69631588D1; JP2001503012A; ES2216048T3; US5650409A

Description

Diese Erfindung betrifft die Vorbeugung und Behandlung von cerebraler Insuffizienz, einschließlich der Verstärkung der Rezeptorfunktion in Synapsen in Gehirnnetzwerken, die für Verhalten höherer Ordnung verantwortlich sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Freisetzung von Glutamat an Synapsen an vielen Stellen im Vorderhirn von Säugern stimuliert zwei Klassen postsynaptischer Rezeptoren. Diese Klassen werden gewöhnlich als AMPA/Quisqualat- und N-Methyl-D-asparaginsäure-(NMDA)-Rezeptoren bezeichnet. AMPA/Quisqualat-Rezeptoren vermitteln einen spannungsunabhängigen schnellen exzitatorischen postsynaptischen Strom (fast excitatory post-synaptic current, fast "epsc"), wohingegen NMDA-Rezeptoren einen spannungsabhängigen langsamen exzitatorischen Strom erzeugen. An Hippocampus- oder Cortex-Schnitten durchgeführte Studien zeigen, dass das durch AMPA-Rezeptoren vermittelte schnelle epsc unter den meisten Umständen die bei weitem vorherrschende Komponente an den meisten glutamatergen Synapsen ist.
AMPA-Rezeptoren sind über das Gehirn nicht gleichmäßig verteilt, sondern statt dessen größtenteils auf das Telencephalon und das Cerebellum beschränkt. Man findet diese Rezeptoren in hohen Konzentrationen in den oberflächlichen Schichten des Neocortex, in jeder der hauptsächlichen synaptischen Zonen des Hippocampus und im Corpus striatum, wie von Monaghan et al. in Brain Research 324: 160–164 (1984) berichtet wurde. Studien an Tieren und Menschen zeigen, dass diese Strukturen komplexe Vorgänge im Bereich der Psychomotorik organisieren und die Substrate für Verhalten höherer Ordnung bereitstellen. So vermitteln AMPA-Rezeptoren die Übertragung in diejenigen Gehirnnetzwerke, die für eine Vielzahl kognitiver Aktivitäten verantwortlich sind.
Aus den vorstehend erläuterten Gründen könnten Arzneimittel, welche die Funktion des AMPA-Rezeptors verstärken, signifikanten Nutzen für die intellektuelle Leistung mit sich bringen. Solche Arzneimittel sollten auch die Gedächtniscodierung erleichtern. Experimentelle Studien, wie die von Arai und Lynch, Brain Research 598: 173–184 (1992) berichtete, zeigen, dass eine Erhöhung der Größe der AMPA-Rezeptorvermittelten synaptischen Antwort(en) die Induktion einer Langzeitpotenzierung (long term potentiation, LTP) verstärkt. Bei LTP handelt es sich um eine stabile Erhöhung in der Stärke der synaptischen Kontakte infolge einer wiederholten physiologischen Aktivität des Typs, von dem bekannt ist, das er im Gehirn während Lernvorgängen auftritt. Verbindungen, welche die Funktion der AMPA-Form der Glutamatrezeptoren verstärken, erleichtern die Induktion einer LTP und den Erwerb erlernter Aufgaben, wie sie durch eine Reihe von Paradigmen gemessen wird. Granger et al., Synapse 15: 326–329 (1993); Staubli et al., PNAS 91: 777–781 (1994); Arai et al., Brain Res. 638: 343–346 (1994); Staubli et al., PNAS 91: 11158–11162 (1994); Shors et al., Neurosci. Let. 186: 153–156 (1995) und internationale Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. WO 94/02475 (PCT/US93/06916) (Lych und Rogers, Regents of the University of California).
Es gibt eine erhebliche Menge an Hinweisen, die zeigen, dass LTP das Substrat des Gedächtnisses ist. Zum Beispiel stören Verbindungen, die LTP blockieren, die Gedächtnisbildung bei Tieren, und bestimmte Arzneimittel, die das Lernen bei Menschen unterbrechen, wirken der Stabilisierung von LTP entgegen, wie von Cerro und Lynch, Neuroscience 49: 1–6 (1992) berichtet wurde. Ein möglicher Prototyp einer Verbindung, die den AMPA-Rezeptor selektiv erleichtert, wurde von Ito et al., J. Physiol. 424: 533–543 (1990) vor kurzem offenbart. Diese Autoren fanden, dass das nootropische Arzneimittel Aniracetam (N-Anisoyl-2-pyrrolidinon) Ströme erhöht, die durch in Xenopus-Oocyten exprimierte AMPA-Rezeptoren vermittelt werden, ohne die Antworten auf γ-Aminobuttersäure-(GABA)-, Kainsäure-(KA)- oder (NMDA)-Rezeptoren zu beeinflussen. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass eine Infusion von Aniracetam in Hippocampus-Schnitte die Größe der schnellen synaptischen Potenziale erheblich erhöht, ohne die Membranruheeigenschaften zu verändern. Seither wurde bestätigt, das Aniracetam die synaptischen Antworten an mehreren Stellen im Hippocampus verstärkt und dass es keine Wirkung auf die NMDA-Rezeptor-vermittelten Potenziale ausübt. Siehe beispielsweise Staubli et al., Psychobiology 18: 377–381 (1990) und Xiao et al., Hippocampus 1: 373–380 (1991). Es wurde ebenfalls gefunden, dass Aniracetam ein extrem schnelles Einsetzen sowie einen extrem schnellen Wash-out aufweist und scheinbar ohne bleibende Wirkungen wiederholt angewendet werden kann; diese sind wertvolle Merkmale für verhaltensrelevante Arzneimittel. Unglücklicherweise ist unwahrscheinlich, dass die periphere Verabreichung von Aniracetam Gehirnrezeptoren beeinflusst. Das Arzneimittel wirkt nur in hohen Konzentrationen (etwa 1,0 mM), und Guenzi und Zanetti, J. Chromatogr. 530: 397–406 (1990) berichten, dass etwa 80% des Arzneimittels nach peripherer Verabreichung bei Menschen in Anisoyl-GABA umgewandelt wird. Es wurde gefunden, dass der Metabolit Anisoyl-GABA keine Aniracetamähnlichen Wirkungen besitzt.
Eine Klasse von Verbindungen, die nicht die für Aniracetam charakteristische niedrige Wirkstärke (potency) und inhärente Instabilität aufweisen, wurde vor kurzem offenbart. Diese als "Ampakine" bezeichneten Verbindungen sind in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. WO 94/02475 (PCT/US93/06916) (Lynch und Rogers, Regents of the University of California) offenbart. Die Ampakine sind chemisch stabiler als Aniracetam und zeigen verbesserte Bio verfügbarkeit, wie sich anhand von Experimenten beurteilen lässt, die mittels Positronenemissionstomographie (PET) durchgeführt wurden – siehe beispielsweise Staubli et al. in PNAS 91: 11158–11162 (1994).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wurde jetzt entdeckt, dass durch AMPA-Rezeptoren vermittelte synaptische Antworten durch die Verabreichung einer neuen Klassen von Benzamid-Verbindungen erhöht werden können, die gewissen Ähnlichkeiten mit den Ampakinen aufweisen, jedoch insgesamt patentfähig unterschiedlich sind. Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen neuen Verbindungen zur Erhöhung der AMPA-Rezeptor-vermittelten Antworten macht die Verbindungen für eine Vielzahl von Zwecken geeignet, einschließlich der Erleichterung des von AMPA-Rezeptoren abhängigen Lernens von Verhalten und der Verwendung als therapeutische Arzneimittel bei Zuständen, bei denen AMPA-Rezeptoren oder Synapsen, welche diese Rezeptoren verwenden, in ihrer Anzahl oder Wirksamkeit verringert sind.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSFORMEN
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind Benzamide der folgenden Formel:
In dieser Formel ist eines von R¹ und R² H und, das andere ist CH₂OR⁵, wobei R⁵ entweder H, C₁-C₆-Alkyl, Phenyl, Phenylalkyl, Furanyl, Pyranyl, Pyrrolyl, Pyridyl, Furylalkyl, Pyranylalkyl, Pyrrolylalkyl oder Pyridylalkyl ist, wobei jede solche Einheit mit einem oder mehreren Substituenten substituiert sein kann, der aus C₁-C₃-Alkyl, C₁-C₃-Alkoxy, Hydroxy, Halogen, Amino, Alkylamino, Dialkylamino (wobei Alkyl vorzugsweise C₁-C₃-Alkyl ist) und Methylendioxy ausgewählt ist;
R³ und R⁴ jeweils H sind oder zusammen -O- bilden und
n 2 oder 3 ist.
Innerhalb der durch die vorstehende Formel definierten Klassen von Verbindungen sind bestimmte Subklassen bevorzugt.
Zum Beispiel ist der Rest R⁵ vorzugsweise entweder H, C₁-C₆-Alkyl, substituiertes C₁-C₆-Alkyl, Phenyl, substituiertes Phenyl, Phenylalkyl und substituiertes Phenylalkyl, wobei die Substituenten entweder C₁-C₃-Alkyl, C₁-C₃-Alkoxy, Hydroxy, Halogen, Amino, C₁-C₃-Alkylamino, Di(C₁-C₃-alkyl)amino und Methylendioxy oder Kombinationen dieser Substituenten sind. Stärker bevorzugt ist R⁵ entweder:
H,
C₁-C₆-Alkyl,
mit Hydroxy, Halogen, Di(C₁-C₃-alkyl)amino oder Kombinationen dieser Substituenten substituiertes C₁-C₆-Alkyl,
Phenyl oder
mit C₁-C₃-Alkyl, C₁-C₃-Alkoxy, Hydroxy, Halogen, Di(C₁-C₃-alkyl)amino, Methylendioxy oder Kombinationen dieser Substituenten substituiertes Phenyl.
Noch stärker bevorzugt ist R⁵ H, C₁-C₃-Alkyl, Phenyl oder Methylendioxyphenyl.
Ausgewählte Spezies im Umfang der Formel sind nachstehend zum Zweck der Veranschaulichung dargestellt.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auf eine Vielzahl von Weisen unter Verwendung herkömmlicher chemischer Synthesetechniken synthetisiert werden. Gemäß einem Reaktionsschema wird eine α-Halogentoluylsäure mit mindestens zwei Äquivalenten eines Alkalisalzes eines niederen Alkohols gemäß der Williamson-Ethersynthese zusammen gebracht, um eine Etherbindung herzustellen. Die so erhaltene Alkoxymethylbenzoesäure wird mit Carbonyldiimidazol, Thionylchlorid, Dicyclohexylcarbodiimid oder einem anderen geeigneten Aktivierungsmittel aktiviert und mit einem geeigneten Amin umgesetzt, um eine Carboxamidbindung zu erhalten.
Bei einem alternativen Reaktionsschema wird ein formylsubstituiertes aromatisches Carboxamid hergestellt durch Aktivierung einer geeigneten Ausgangssäure mit einem tertiären Amin (zum Beispiel Triethylamin) plus einem Säurechlorid (zum Beispiel Pivaloylchlorid), so dass ein gemischtes Anhydrid für das Kuppeln mit einem geeigneten Amin hergestellt wird. Die Formylgruppe wird dann durch ein geeignetes Reduktionsmittel, wie Natriumborhydrid, zu einem Alkohol reduziert. Der Alkohohl wird dann in eine Abgangsgruppe umgewandelt, die durch das Alkalisalz eines Alkohols ersetzt werden kann. Die Abgangsgruppe kann durch Reagenzien, wie Thionylchlorid, Thionylbromid, Mineralsäuren, wie Salz-, Bromwasserstoff oder Iodwaasserstoffsäure, oder die kombinierte Einwirkung eines tertiären Amins plus eines geeigneten Sulfonsäureanhydrids oder Sulfonsäurehalogenids erzeugt werden. Alternativ kann der Alkohol durch Entfernen des Protons aktiviert werden. Dies erfolgt durch Einwirkung einer starken Base, wie Natriumhydrid, in einem aprotischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid. Das so erhaltene Alkoxid wird dann mit einem geeigneten Alkylhalogenid oder einer anderen Alkylverbindung mit einer geeigneten Abgangsgruppe umgesetzt, um die gewünschte Etherbindung herzustellen.
Kondensierte Ringstrukturen, wie diejenigen, bei denen R³ und R⁴ der vorstehend dargestellten generischen Formel unter Bildung einer einzigen Verbindungsgruppe, welche die Kohlenstoffatome 2 und 3' verbrückt, kombiniert werden, können auf die nachstehende Weise synthetisiert werden. Die Carboxylgruppe einer geeignet substituierten Salicylsäure wird mit Carbonyldiimidazol in Dichlormethan, Chloroform, Tetrahydrofuran oder einem anderen wasserfreien Lösungsmittel aktiviert. Ein Aminoalkylacetal, wie H₂N(CH₂)₃CH(OCH₂CH₃)₂, wird dann hinzugegeben. Das so erhaltene Amid wird mit einer Aryl- oder Alkylsulfonsäure, Trifluoressigsäure oder einer anderen starken Säure in einem Lösungsmittel mit niedriger Basizität, wie Chloroform oder Dichlormethan, behandelt, um das Acetal zu spalten und den Zwischenprodukt-Aldehyd mit dem Amidstickstoff und den phenolischen Sauerstoff zu zyklisieren.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können in eine Vielzahl von Formulierungen zur therapeutischen Verabreichung eingebracht werden. Beispiele sind Kapseln, Tabletten, Sirupe, Suppositorien und verschiedene injizierbare Formen. Die Verabreichung der Verbindungen kann auf unterschiedliche Weisen, einschließlich oraler, buccaler, rektaler, parenteraler und intraperitonealer Verbabreichung, erzielt werden. Die Dosishöhen können breit variieren, und optimale Dosierungen für jeden besonderen Patienten oder Zustand lassen sich vom Fach mann leicht bestimmen. Übliche Dosierungen können von Milligramm bis Dezigramm reichen. Bevorzugte Formulierungen der Verbindungen sind orale Zubereitungen, insbesondere Kapseln oder Tabletten, die jeweils von etwa 1 Milligramm bis zu etwa 100 Milligramm Wirkstoff enthalten. Je nach der Stärke der Verbindung kann eine typische Dosierung eine 10-mg-Tablette, einmal täglich eingenommen, oder eine "time release"-Kapsel oder -Tablette von 1–2 mg, einmal täglich eingenommen, sein. Der "time release"-Effekt kann durch Kapselmaterialien, die sich bei unterschiedlichen pH-Werten lösen, durch Kapseln, die durch osmotischen Druck langsam freisetzen, oder durch jedes andere bekannte Mittel zur kontrollierten Freisetzung erhalten werden. Zur Behandlung mit den erfindungsgemäßen Verbindungen in Betracht kommende Patienten umfassen Menschen, Haustiere, Labortiere und Vieh.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind in mehrfacher Weise nützlich. Sie können beispielsweise als Forschungswerkzeug zur Untersuchung der biophysikalischen und biochemischen Eigenschaften des AMPA-Rezeptors und der Konsequenzen einer selektiven Verstärkung der exzitatorischen Übertragung auf die Arbeitsweise neuronaler Schaltkreise dienen. Da die Verbindungen zentrale Synapsen erreichen, werden sie es ermöglichen, die Wirkungen der Verstärkung von AMPA-Rezeptorströmen auf das Verhalten zu testen.
Als metabolisch stabile Varianten von Aniracetam lassen sich die erfindungsgemäßen Verbindungen bei Menschen potenziell vielfach anwenden. Zum Beispiel könnte eine Erhöhung der Stärke exzitatorischer Synapsen Verluste von Synapsen oder Rezeptoren in Verbindung mit Altern und Gehirnerkrankung (zum Beispiel Alzheimer-Krankheit) kompensieren. Eine Verstärkung von AMPA-Rezeptoren könnte eine schnellere Verarbeitung durch multisynaptische Schaltkreise bewirken, die man in übergeordneten Gehirnbereichen findet, und könnte so eine Steigerung der psychomotorischen und intellektuellen Leistung bewirken. Als weiteres Beispiel lässt sich nennen, dass von den erfindungsgemäßen Verbindungen erwartet wird, dass sie als Gedächtnisverstärker wirken, weil die Steigerung AMPA-Rezeptor-vermittelter Antworten synaptische Veränderungen des Typs erleichtert, von dem man annimmt, dass er Gedächtnis codiert. Zusätzliche, für die erfindungsgemäßen Verbindungen in Betracht gezogene Anwendungen umfassen das Verbessern der Leistung von Patienten mit sensorisch-motorischen Problemen, die von Gehirnnetzwerken abhängen, die AMPA-Rezeptoren verwenden, das Verbessern der Leistung von Patienten mit einer Schädigung bei kognitiven Aufgaben, die von Gehirnnetzwerken abhängt, die AMPA-Rezeptoren verwenden, das Verbessern der Leistung von Patienten mit Gedächtnismängeln, die Behandlung von Depression, Alkoholismus und Schizophrenie und das Verbessern der Gesundung von Patienten, die an Trauma leiden.
Folglich können die erfindungsgemäßen Verbindungen in geeigneten Formulierungen zur Verringerung der Zeitspanne eingesetzt werden, die zum Lernen einer kognitiven, motorischen oder Wahrnehmungsaufgabe notwendig ist. Alternativ können diese Verbindungen zur Erhöhung der Zeitspanne eingesetzt werden, für die kognitive, motorische oder Wahrnehmungsaufgaben behalten werden. Ferner können diese Verbindungen zur Verringerung der Menge und/oder der Schwere von Fehlern eingesetzt werden, die beim Erinnern einer kognitiven, motorischen oder Wahrnehmungsaufgabe gemacht werden. Eine solche Behandlung kann sich bei Patienten als besonders vorteilhaft erweisen, die eine Verletzung des Nervensystems erlitten haben oder eine Erkrankung des Nervensystems durchgemacht haben, insbesondere eine Verletzung oder Erkrankung, welche die Anzahl an AMPA-Rezeptoren im Nervensystem beeinflusst.
Die nachstehenden Beispiele werden zum Zweck der Veranschaulichung gegeben. Die durch diese Beispiele angesproche nen Verbindungen sind diejenigen, deren Formeln vorstehend dargestellt sind, wobei sie mit römischen Ziffern entsprechend denjenigen unter den entsprechenden Formeln nummeriert sind.
BEISPIEL 1
Herstellung von 1-(4'-Methoxymethylbenzoyl)piperidin
Verbindung I; per generischer Formel: R¹ = R³ = R⁴ = H, R² = CH₂OCH₃
Die Synthese von 1-(4'Methoxymethylbenzoyl)piperidin begann mit der Herstellung von 4-Methoxymethylbenzoesäure aus 4-Brommethylbenzoesäure durch die Williamson-Ethersynthese. Genauer gesagt, wurden 0,9 g (39 mmol) Natrium zu 30 ml Methanol unter Kühlen mittels Wasserbad gegeben. Nachdem das Natrium umgesetzt war, wurden 2,237 g (10,4 mmol) der Bromsäure hinzugefügt, und die Lösung wurde 2 Stunden unter Rückfluss belassen. Methanol wurde an einem Rotationsverdampfer nach Zugabe von 5 ml Wasser entfernt, wobei ein weißer Rückstand verblieb. Der Rückstand wurde dann in 50 ml Wasser gelöst und die Lösung mit 6 N HCl auf pH < 2 angesäuert, so dass ein weißer Niederschlag erhalten wurde. Das Produkt wurde zwischen CH₂Cl₂ und Wasser ausgeschüttelt, und die wässrige Phase wurde dreimal mit CH₂Cl₂ gewaschen. Die CH₂Cl₂-Wäschen wurden mit der ursprünglichen CH₂Cl₂-Phase vereinigt, und diese Lösung wurde über Na₂SO₄ getrocknet. Das Trocknungsmittel wurde dann mittels Filtration entfernt, und das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei 1,636 g weiße 4-Methoxymethylbenzoesäure mit einem Schmelzpunkt von 119,1–119,6°C erhalten wurden.
Die 4-Methoxymethylbenzoesäure wurde unter Rühren in 20 ml CH₂Cl₂ suspendiert, zu dem 1,57 g Carbonyldiimidazol (CDI) gegeben wurden. Nach 1 Stunde wurden 1,1 ml Piperidin hinzugefügt, und nach zwei weiteren Stunden wurde das Reaktionsge misch mit Diethylether verdünnt und mit 1 N HCl, gefolgt von 10%igem wässrigem NaHCO₃ extrahiert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei 2,22 g gelbes Öl erhalten wurden. Blasen-zu-Blasen-Destillation bei etwa 120°C ergab ein farbloses Öl. Die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) bei 500 MHz ergab Resonanzen bei 7,37 (4H, AB Quartett); 4,47 (2H, s); 3,72 (2H, br s); 3,41 (3H, s); 3,33 (2H, br s); 1,67 (4H, br s) und 1,5 ppm (2H, br s), bezogen auf TMS, was die Struktur als die von 1-(4'-Methoxymethylbenzoyl)piperidin bestätigte.
BEISPIEL 2
Herstellung von 1-(3'-Methoxymethylbenzoyl)piperidin
Verbindung II: R¹ = CH₂OCH₃, R² = R³ = R⁴ = H
Kommerziell erhältliches 3-Chlormethylbenzoylchlorid (1,00 g, 5,29 mmol) wurde zu 20 ml eiskaltem Methanol gegeben, das einen 5%igen molaren Überschuss Piperidin enthielt. Nach 5 Minuten wurden 600 g NaH über einen Zeitraum von 4 Minuten zugegeben. Das Eisbad wurde entfernt, und die Lösung wurde für etwa 15 Minuten unter Rückfluss erhitzt. Die abgekühlte Lösung wurde mit 70 ml Wasser verdünnt, und Methanol wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt. Die wässrige Lösung wurde mit 5 ml 6 N HCl angesäuert und mit drei Portionen CH₂Cl₂ und zwei Portionen Diethylether extrahiert. Die organischen Lösungen wurden vereinigt, mit 20 ml 10%igem wässrigem Na₂CO₃ extrahiert und über Na₂SO₄ getrocknet. Die Lösungsmittel wurden an einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei ein fast farbloses Öl erhalten wurde. Reinigung auf Silicagel zur Entfernung einer kleinen Menge Methylester lieferte reines Produkt. Infrarotspektroskopie (IR): Amidcarbonyl bei 1630 cm^–1. ¹H-NMR: δ 7,37 (3H, m); 7,30 (1H, m); 4,47 (2H, s); 3,7 (2H, br s); 3,40 (3H, s); 3,35 (2H, br s); 1,67 (4H, br s) und 1,52 ppm (2H, br s). Zusammen genommen bestätigten diese die Struktur des Produkts als die von 1-(3'-Methoxymethylbenzoyl)piperidin.
BEISPIEL 3
Herstellung von 1-(4'-Ethoxymethylbenzoyl)piperidin
Verbindung III: R¹ = R³ = R⁴ = H, R² = CH₂OC₂H₅
Es wurde nach einem identischen Verfahren zu dem im vorstehenden Beispiel 1 beschriebenen vorgegangen, ausgenommen dass Ethanol anstelle von Methanol eingesetzt wurde. ¹H-NMR: δ 7,37 (4H, s); 4,52 (2H, s); 3,7 (2H, br s); 3,56 (2H, q, J = 6,87 Hz); 3,34 (2H, br s); 1,67 (4H, br s); 1,5 (2H, br s) und 1,26 ppm (3H, t, J = 6,98 Hz). Die Struktur des Produkts wurde somit als die von 1-(4'-Ethoxymethylbenzoyl)piperidin bestätigt.
BEISPIEL 4
Herstellung von 1-(4'-Hydoxymethylbenzoyl)piperidin
(Verbindung IV: R¹ = R³ = R⁴ = H, R² = CH₂OH) und 1-(4'-(3'',4''-Methylendioxyphenoxy)methylbenzoyl)piperidin
Verbindung V: R¹ = R³ = R⁴ = H, R² = 3,4-Methylendioxyphenoxymethyl
Die Synthese dieser Verbindungen begann mit dem Suspendieren von 4-Carboxybenzaldehyd (34,5 mmol) in 50 ml CH₂Cl₂, der Zugabe von 5 ml Triethylamin und nach 5 Minuten von 4,25 ml Pivaloylchlorid. Nach 1,5 Stunden wurden 3,42 ml Piperidin zur gerührten Umsetzung gegeben, und nach 2 Stunden wurde die Lösung mit Ether verdünnt und zweimal mit 5%igem NaHCO₃, dreimal mit verdünnter HCl und schließlich mit einer gesättigten Lösung von NaCl gewaschen. Die organische Lösung wurde über Na₂SO₄ getrocknet, und die Lösungsmittel wurden an einem Rotationsverdampfer entfernt, so dass 7,38 g 1-(4'-Formylbenzoyl)piperidin erhalten wurden.
Der so hergestellte Aldehyd (28,6 mmol) wurde in 40 ml absolutem Ethanol gelöst, und 540 mg NaBH wurden über 2 Stunden zugegeben. Wenn Dünnschichtchromatographie keinen verbleibenden Aldehyd mehr zeigte, wurde die Umsetzung mit 2,5 ml Essigsäure gequencht. Ethanol wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt, und der Rückstand wurde in 30 ml Wasser aufgenommen. Der Produktalkohol wurden mit zwei 25-ml-Volumina CH₂Cl₂ plus 25 ml Ether extrahiert. Die organischen Extrakte wurden vereinigt und über Na₂SO₄ getrocknet. Entfernen der Lösungsmittel an einem Rotationsverdampfer lieferte 4,08 g 1-(4'-Hydroxymethylbenzoyl)piperidin, das mittels Filtration gewonnen und mit Petrolether gewaschen wurde. Das Produkt (Verbindung IV, 1-(4'-Hydroxymethylbenzoyl)piperidin) hatte einen Schmelzpunkt von 119,6–122,7°C. ¹H-NMR zeigte die Methylenprotonen bei 4,715 (2H, d, J = 5,5 Hz) ppm.
Der Alkohol (6,97 mmol) des vorstehenden Absatzes wurde in 15 ml CHCl₃ gelöst, gefolgt von der Zugabe von 0,66 ml Thionylchlorid. Die Lösung wurde 1 Stunde unter Rückfluss belassen und dann über Nacht bei Raumtemperatur stehen gelassen. Das Volumen wurde dann an einem Rotationsverdampfer um 50% verringert, und die Lösung wurde mit CCl₄ und Petrolether verdünnt, um die Kristallisation einzuleiten. Das Produkt 1-(4'-Chlormethylbenzoyl)piperidin wurde in 92%iger Ausbeute isoliert und hatte einen Schmelzpunkt von 106–108°C.
Verbindung V wurden dann durch das Williamson-Etherverfahren synthetisiert. Zur Durchführung der Synthese wurde das Anion von Sesamol (3,4-Methylendioxyphenyl) in wasserfreiem Dimethylformamid durch Einwirkung von NaH erzeugt. Das Chlorid aus dem vorstehenden Absatz wurde zu dem Phenoxid hinzugefügt, was das gewünschte Produkt in 84%iger Ausbeute mit einem Schmelzpunkt von 93,4–93,7°C ergab. Das ¹H-NMR-Spektrum zeigte Resonanzen bei 7,42 (4H, AB Quartett); 6,70 (1H, d, J = 8,45 Hz); 6,556 (1H, d, J = 2,41 Hz); 6,39 (1H, q, J = 2, 41 und 8,51 Hz); 5,917 (2H, s); 5,007 (2H, s); 3,7 (2H, br s); 3,35 (2H, br s); 1,7 (4H, br s) und 1,5 ppm (2H, br s), was die Struktur als diejenige von 1-(4'-(3'', 4''-Methylendioxyphenoxy)methylbenzoyl)piperidin (Verbindung V) bestätigte.
BEISPIEL 5
Herstellung von (R,S)-6-Methoxymethyl-2,3-dihydro-1H-pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9(3aH)-on
Verbindung VI: R¹ = H, R² = CH₂OCH₃, {R³ + R⁴} = -O-
(Das bei der Nomenklatur dieser Verbindung verwendete Ringeckennummerierungssystem unterscheidet sich aufgrund der durch Vereinigung von R³ und R⁴ gebildeten kondensierten Ringstruktur von dem der generischen Formel.)
Die Bromierung von 4-Methylsalicylsäure wurde in CCl₄ unter Verwendung von Br₂ unter Belichtung mit einer 500-W-Quarz/Halogenlampe durchgeführt. Die so erhaltene 4-Brommethylsalicylsäure wurde durch die Williamson-Ethersynthese in Methanol, das vier Äquivalente Methoxid enthielt, in 4-Methoxymethylsalicylsäure umgewandelt.
4-Methoxymethylsalicylsäure (1,72 g; die etwas 4-Methylsalicylsäure enthielt) wurde mit 1,65 g Carbonyldiimidazol in 15 ml Ether und 20 ml CH₂Cl₂ behandelt. Nachdem die Umsetzung beendet war (etwa 30 Minuten), wurden 2,0 ml 4-Aminobutyraldehyddiethylacetal unter Rühren zugegeben. Der größte Teil der Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer nach 2 Stunden entfernt, und die eingeengte Lösung wurde mit Ether verdünnt. Die organische Lösung wurde mit verdünnter HCl, zweimal mit 5%igem NaHCO₃, zweimal mit verdünnter HCl und schließlich mit gesättigtem NaCl gewaschen. Die Lösung wurde über Na₂SO₄ getrocknet, und die Lösungsmittel wurden an einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei ein blassgelbes Öl erhalten wurde, das dem Amidacetal entsprach. Das Öl wurde in 10 ml CHCl₃ gelöst, zu dem 100 mg (+)-Kamphersulfonsäure hinzugefügt wurden. Man ließ die Lösung über Nacht bei Raumtemperatur stehen. Entfernen des Lösungsmittels und chromatographische Reinigung auf Silicagel ergaben reines Produkt. IR-Spektrum: Amidcarbonyl Stretching-Modus bei 1670 cm^–1. ¹H-NMR: Resonanzen bei 7,90 (1H, d, J = 7,87 Hz); 7,06 (1H, d, J = 8,07 Hz); 6,956 (1H, s); 5,487 (1H, t, J = 5,84 Hz); 4,457 (2H, s); 3,845 (1H, dt, J = 11,48 und 7,25 Hz); 3,59–3,64 (1H, ddd, J = 11,53, 8,01 und 5,11 Hz); 3,401 (3H, s); 2,40–2,47 (1H, m); 2,22–2,29 (1H, m); 2,07–2,15 (1H, m) und 1,89–1,98 ppm (1H, m), was die Struktur als diejenige von (R,S)-6-Methoxymethyl-2,3-dihydro-1H-pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9(3aH)-on bestätigte.
BEISPIEL 6
Herstellung von (R,S)-7-Methoxymethyl-2,3-dihydro-1H-pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9(3aH)-on
Verbindung VII: R¹ = CH₂OCH₃, R² = R⁵ = H, {R³ + R⁴} = -O-
Die Verbindung wurde durch die vorstehend erläuterten Verfahren ausgehend von 5-Formylsalicylsäure synthetisiert, wobei ein weißer Feststoff mit den folgenden ¹H-NMR-Resonanzen erhalten wurde: 7,88 (1H, d, J = 2,04 Hz); 7,43 (1H, q, J = 8,36 und 2,10 Hz); 6,956 (1H, d, J = 8,36 Hz); 3,60–3,64 (1H, m); 3,37 (3H, s); 2,40–2,47 (1H, m); 2,22–2,29 (1H, m); 2,08–2,16 (1H, m) und 1,90–1,99 ppm (1H, m), was die Struktur als diejenige von (R,S)-7-Methoxymethyl-2,3-dihydro-1H-pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9(3aH)-on bestätigte.
BEISPIEL 7
Physiologische In-vitro-Tests
Die physiologischen Wirkungen der erfindungsgemäßen Verbindungen wurden mittels In-vitro-Tests unter Verwendung von Hippocampus-Schnitten von Ratten gemäß dem folgenden Verfahren bestimmt. Exzitatorische Antworten (Feld-EPSP) wurden in Hippocampus-Schnitten gemessen, die in einer kontinuierlich mit künstlicher Cerebrospinalflüssigkeit (ACSF) perfundierten Messkammer gehalten wurden. Während eines 15-minütigen Intervalls wurde das Perfusionsmedium gegen eines ausgetauscht, das verschiedene Konzentrationen der Testverbindungen enthielt. Die unmittelbar vor und am Ende der Arzneimttelperfusion gemessenen Antworten wurden übereinander projiziert, um sowohl die prozentuale Zunahme der EPSP-Amplitude als auch die prozentuale Zunahme in der Breite der Antwort bei der Hälfte der Peakhöhe (halbe Breite) zu berechnen.
Zur Durchführung dieser Tests wurde der Hippocampus aus anästhetisierten, 2 Monate alten Sprague-Dawley-Ratten entnommen, und In-vitro-Schnitte (400 Mikrometer dick) wurden hergestellt und in einer Grenzflächenkammer bei 35°C unter Verwendung herkömmlicher Techniken gehalten. Dies ist das von Dunwiddie und Lynch verwendete Verfahren, wie in J. Physiol. 276: 353–367 (1978) beschrieben. Die Kammer wurde stetig mit 0,5 ml/min ACSF perfundiert, die (in mM) enthielt: NaCl 124; KCl 3; KH₂PO₄ 1,25; MgSO₄ 2,5; CaCl₂ 3,4; NaHCO₃ 26; Glucose 10 und L-Ascorbat 2. Eine bipolare Nichrome-Stimulationselektrode wurde in die dendritische Schicht (Stratum radiatum) des Hippocampus-Subfelds CA1 nahe der Grenze zum Subfeld CA3 eingebracht.
Stromimpulse (0,1 ms) durch die Stimulationselektrode aktivierten eine Population der Schaffer-Kommissur-(SC)-Fasern, die aus Neuronen in der Subregion CA3 hervorgehen und in Synapsen an den Dendriten von CA1-Neuronen enden. Die Ak tivierung dieser Synapsen bewirkt, dass sie den Transmitter Glutamat freisetzen. Glutamat bindet an die postsynaptischen AMPA-Rezeptoren, die dann einen damit verbundenen Ionenkanal transient öffnen und ermöglichen, dass ein Natriumstrom in die postsynaptische Zelle eintritt. Dieser Strom führt zu einer Spannung im Extrazellularraum (dem exzitatorischen postsynaptischen Feldpotenzial oder Feld-"EPSP"), der durch eine Messelektrode mit hoher Impedanz aufgezeichnet wird, die sich in der Mitte des Stratum radiatum von CA1 befindet.
Die Intensität des Stimulationsstroms wurde so eingestellt, dass halbmaximale EPSP erhalten wurden, (üblicherweise etwa 1,5–2,0 mV), und paarweise Stimulationsimpulse wurden alle 40 Sekunden mit einem Intervall zwischen den Impulsen von 200 ms gegeben. Die Feld-EPSP und die zweite Antwort wurden digitalisiert und analysiert, um Amplitude und halbe Breite zu bestimmen. Wenn die Antworten für 15–30 Minuten stabil waren (Grundlinie), wurden die Testverbindungen für einen Zeitraum von etwa 15 Minuten zu den Perfusionsleitungen hinzugegeben. Die Perfusion wechselte dann wieder zu normalem ACSF.
Eine Stimulation mit paarweisen Impulsen wird bei diesem Testtyp verwendet, weil eine Stimulation der SC-Fasern teilweise Interneuronen aktiviert, die ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP) in den Pyramidenzellen von CA1 hervorrufen. Dieses vorwärts gerichtete IPSP setzt gewöhnlich ein, nachdem das EPSP sein Maximum erreicht hat. Das vorwärts gerichtete IPSP beschleunigt die Repolarisation und verkürzt die Abschwächungsphase des EPSP und könnte dadurch die Wirkungen der Testverbindungen teilweise maskieren. Eines der relevanten Merkmale des vorwärts gerichteten IPSP ist, dass es nach einem Stimulationsimpuls für mehrere hundert Millisekunden nicht reaktiviert werden kann. Dieses Phänomen kann durch Zuführung paarweiser Impulse, die um 200 Millise kunden voneinander getrennt sind, und unter Verwendung der zweiten ("primed") Antwort für die Datenanalyse zum Vorteil ausgenutzt werden, so dass IPSP eliminiert werden.
Von dem im Feld CA1 nach Stimulation von CA3-Axonen aufgezeichneten Feld-EPSP ist bekannt, dass es durch AMPA-Rezeptoren vermittelt wird: Die Rezeptoren befinden sich in den Synapsen, wie von Kessler et al., Brain Res. 560: 337–341 (1991) berichtet wurde, und Arzneimittel, die den Rezeptor selektiv blockieren, blockieren selektiv das Feld-EPSP. Aniracetam erhöht die mittlere Öffnungsdauer des AMPA-Rezeptorkanals und erhöht somit die Amplitude des synaptischen Stroms und verlängert dessen Dauer. Diese Wirkungen spiegeln sich in dem Feld-EPSP wider, wie in der Literatur beschrieben. Siehe beispielsweise Staubli et al., Psychobiology 18: 377–381 (1990), Xiao et al., Hippocampus 1: 373–380 (1991) und Staubli et al., Hippocampus 2: 49–58 (1992). Aniracetam und Ampakine erhöhen die Amplitude der Antwort und verlängern die Dauer der Antwort.
Die nachstehende Tabelle führt Abschätzungen der Konzentration jeder Testverbindung auf, die zur Erhöhung der Amplitude des EPSP auf einen Wert von 25% über der Grundlinie (nur ACSF-Flüssigkeit) erforderlich wären. Ebenfalls in der Tabelle aufgeführt sind Abschätzungen der Konzentrationen jeder Testverbindung, die zur Erhöhung der halben Breite des EPSP um 50% erforderlich wären. Diese Parameter wurden als Kenngrößen robuster Ergebnisse gewählt, die etwa ein Viertel der jeweiligen maximalen Wirkungen darstellen, die mit einer großen Zahl von Ampakinen beobachtet werden. Die Daten in der Tabelle zeigen, dass die Verbindungen dosisabhängige Steigerungen in beiden Messungen erzeugten und in Konzentrationen von nur 50 μM wirksam waren.
Das Vorstehende wird hauptsächlich zum Zweck der Veranschaulichung dargestellt. Es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, dass Dosierungen, Verabreichungsverfahren und andere hier beschriebene erfindungsgemäße Parameter auf verschiedene Weise weiter modifiziert oder ersetzt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung anzuweichen.

Claims

Verbindung mit der folgenden Formel, wobei die Eckpunkte der Ringe wie dargestellt nummeriert sind:
in der: (a) R³ und R⁴ zusammen -O- bilden und eines von R¹ und R² H ist und das andere CH₂OR⁵ ist, wobei R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus H, C₁-C₆ Alkyl, Phenylalkyl, Furanyl, Pyranyl, Pyrrolyl, Pyridyl, Furylalkyl, Pyranylalkyl, Pyrrolylalkyl oder Pyridylalkyl besteht, wobei jede solche Komponente mit einem oder mehreren Elementen substituiert sein kann, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Hydroxy, Halo, Amino, Alkylamino, Dialkylamino und Methylendioxy besteht; und n 2 oder 3 ist; oder (b) R³ und R⁴ jeweils H sind und eines von R¹ und R² H und das andere CH₂OR⁵ ist, wobei R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus H, C₁-C₆ Alkyl, Phenyl, Phenylalkyl, Furanyl, Pyranyl, Pyrrolyl, Pyridyl, Furylalkyl, Pyranylalkyl, Pyrrolylalkyl, oder Pyridylalkyl besteht, wobei jeder derartige Bestandteil mit einem oder mehreren E lementen substituiert sein kann, ausgewählt aus der Gruppe, die aus C₁ bis C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Halo, Amino, Alkylamino, Dialkylamino und Methylendioxy besteht; und n 2 oder 3 ist; ausgenommen diejenige Verbindung, bei der R³ und R⁴ jeweils H sind; R¹ H ist; R² CH₂OH ist und n 3 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, wobei im Fall (a) R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus H, C₁-C₆ Alkyl, substituiertem C₁-C₆ Alkyl, Phenyl, substituiertem Phenyl, Phenylalkyl und substituiertem Phenylalkyl besteht, mit Substituenten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Hydroxy, Halo, Dialkylamino und Methylendioxy besteht, und im Fall (b) R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus H, C₁-C₆ Alkyl, substituiertem C₁-C₆ Alkyl, Phenyl, substituiertem Phenyl, Phenylalkyl, substituiertem Phenylalkyl besteht, wobei die Substituenten aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Hydroxy, Halo, Dialkylamino und Methylendioxy besteht.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der eines von R¹ und R² H und das andere CH₂OR⁵ ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der im Fall (a) R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus folgendem besteht: H; C₁-C₆ Alkyl; C₁-C₆ Alkyl, substituiert mit einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Hydroxy, Halo und Dialkylamino besteht; Phenyl; und Phenyl, substituiert mit einem Element ausgewählt aus der Gruppe, die aus C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Hydroxy, Halo, Amino und Methylendioxy besteht, und im Fall (b), R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus folgendem besteht: C₁-C₆ Alkyl; C₁-C₆ Alkyl, substituiert mit einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Hydroxy, Halo und Dialkylamino besteht; Phenyl; und Phenyl substituiert mit einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₃ Alkoxy, Hydroxy, Halo, Amino und Methylendioxy besteht.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der im Fall (a) R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus H, C₁-C₃ Alkyl, Phenyl und Methylendioxyphenyl besteht und im Fall (b) R⁵ ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus C₁-C₃ Alkyl, Phenyl und Methylendioxyphenyl besteht.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der R¹ H, R² Methoxymethyl, R³ H, R⁴ H und n 3 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der R¹ Methoxymethyl, R² H, R³ H, R⁴ H n 3 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der R¹ H, R² Ethoxymethyl, R³ H, R⁴ H und n 3 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der R¹ H, R² 3,4-Methylendioxyphenoxymethyl, R³ H, R⁴ H und n 3 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der im Fall (a) R¹ H, R² Methoxymethyl, und n 2 ist.
Verbindung nach Anspruch 1, bei der im Fall (a) R¹ Methoxymethyl, R² H, R⁵ H und n 2 ist.
Verwendung einer Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer wirksamen Menge zur Herstellung eines Medikamentes zur Steigerung der synaptischen Reaktion, die durch AMPA Rezeptoren vermittelt wird.