DE69910552T2

DE69910552T2 - Acylbenzoxazine zur erhöhung der synaptischen reaktion(en)

Info

Publication number: DE69910552T2
Application number: DE69910552T
Authority: DE
Inventors: A. Gary ROGERS; Peter Johnström
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-04-03
Also published as: AU3379899A; NZ506712A; CN1306427A; JP2002510635A; NO20004383L; AU736376B2; JP4574846B2; ES2207194T3; EP1067935A1; HUP0102321A3; HK1039060B; KR100646753B1; NO20004383D0; TR200002849T2; CZ292931B6; EP1067935B1; PT1067935E; CA2326764A1; DK1067935T3; RU2246498C2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Prophylaxe und Behandlung von zerebraler Insuffizienz einschließlich einer Erhöhung von Rezeptorfunktionen in Synapsen in Hirnnetzwerken, die für ein Verhalten höherer Ordnung verantwortlich sind. Ein besonderer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Verwendung der hier offenbarten Verbindungen und Verfahren zur Herstellung derselben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Freisetzung von Glutamat an Synapsen an vielen Stellen im Vorderhirn eines Säugetiers stimuliert zwei Klassen von postsynaptischen ionotropen Rezeptoren. Diese Klassen werden üblicherweise als AMPA/Quisqualat- und N-Methyl-D-asparaginsäure-(NMDA)-Rezeptoren bezeichnet. AMPA/Quisqualat-Rezeptoren vermitteln einen spannungsunabhängigen schnellen exzitatorischen postsynaptischen Strom (der schnelle epsc) wohingegen NMDA-Rezeptoren einen spannungsabhängigen langsamen exzitatorischen Strom erzeugen. Studien, die an Schnitten von Hippo-campus oder Cortex durchgeführt wurden, zeigen, dass der AMPA-Rezeptor-vermittelte schnelle epsc die bei weitem dominante Komponente an den meisten glutamatergen Synapsen unter den meisten Umständen ist.
AMPA-Rezeptoren sind nicht gleichmäßig über das Hirn verteilt, sondern auf das Telencephalon und Cerebellum hauptsächlich beschränkt. Diese Rezeptoren wurden in hohen Konzentrationen in den Oberflächenschichten des Neocortex, in jeder der Synapsenhauptzonen des Hippocampus und in dem Striatuskomplex, wie es von Monaghan et al. in Brain Research 324: 160–164 (1984) beschrieben wurde, nachgewiesen. Studien an Tieren und Menschen zeigen, dass diese Strukturen komplexe perzeptorisch-motorische Prozesse organisieren und die Grundlage für Verhalten höherer Ordnung bereitstellen. So vermitteln AMPA-Rezeptoren eine Transmission in jenen Hirnnetzwerken, die für eine Menge von kognitiven Aktivitäten verantwortlich sind.
Aus den oben dargestellten Gründen können Arzneimittel, die die Wirkung von AMPA-Rezeptoren erhöhen, deutliche Vorteile für die kognitive Leistungsfähigkeit haben. Solche Arzneimittel sollten auch die Gedächtniscodierung erleichtern. Experimentelle Untersuchungen, wie jene, die von Arai und Lynch, Brain Research, 598: 173–184 (1992) berichtet wurden, zeigen, dass eine Erhöhung der Größe von AMPA-Rezeptor-vermittelter (en) synaptischer(en) Antworten) die Induktion einer Langzeitverstärkungswirkung (LTP) erhöht. LTP ist eine stabile Erhöhung der Festigkeit von synaptischen Kontakten, die einer wiederholten physiologischen Aktivität eines Typs folgt, die bekannterweise im Hirn während eines Lernens auftritt. Verbindungen, die die Funktionsweise der AMPA-Form von Glutamatrezeptoren erhöhen, erleichtern die Induktion von LTP und das Erwerben von erlernten Aufgaben, wie es durch eine Anzahl von Paradigmen ermittelt 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., PNA5 91: 11158– 1162 (1994); Shors et al., Neurosci., Let. 186: 153–156 (1995); Larson et al., J. Neurosci. 15: 8023–8030 (1995); Granger et al., Synapse 22: 332–337 (1996); Arai et al., JPET 278: 627–638 (1996); Lynch et al., Internat. Clin. Psychopharm. 11: 13–19 (1996); Lynch et al., Exp. Neurology 145: 89– 92 (1997); Ingvar et al., Exp. Neurology 146: 553–559 (1997); Hampson et al., J. Neurosci, 18: 2740–2747 (1998); Hampson et al., J. Neurosci., 18: 2748–2763 (1998) und Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 94/02475 (PCT/ US93/06916) (Lynch and Rogers, Regents of the University of California).
Es gibt eine beträchtliche Anzahl von Anzeichen, die anzeigen, dass LTP die Grundlage für Gedächtnis ist. Beispielsweise behindern Verbindungen, die LTP blockieren, die Gedächtnisbildung in Tieren, und bestimmte Arzneimittel, die in Menschen Lernen unterbrechen, wirken der Stabilisierung von LTP entgegen, wie es von del Cerro und Lynch, Neuroscience 49: 1–6 (1992) berichtet wurde. Ein möglicher Prototyp für eine Verbindung, die selektiv den AMPA-Rezeptor fördert, wurde von Ito et al., J. Physiol. 424: 533–543 (1990) offenbart. Diese Autoren haben festgestellt, dass das nootrope Arzneimittel Aniracetam (N-Anisoyl-2-pyrrolidinon) Ströme, die durch Hirn-AMPA-Rezeptoren, die in Xenopus-Oocyten exprimiert wurden, vermittelt wurden, ohne Reaktionen durch γ-Amino-Buttersäure (GABA)-, Kaininsäure (KA)- oder NMDA-Rezeptoren zu beeinflussen erhöht. Es wurde ferner gezeigt, dass eine Infusion von Aniracetam in Schnitten von Hippocampus die Größe der schnellen synaptischen Potentiale ohne Veränderung der Ruhemembraneigenschaften wesentlich erhöht. Seitdem wurde bestätigt, dass Aniracetam die synaptischen Antworten bzw. Reaktionen an verschiedenen Stellen im Hippocampus erhöht und dass es keine Wirkung auf NMDA-Rezeptor-vermittelte Potentiale hat. Siehe beispielsweise Staubli et al., in Psychobiology 18: 377–381 (1990) und Xiao et al., Hippocampus 1: 373–380 (1991). Es wurde ferner festgestellt, dass Aniracetam einen extrem schnellen Beginn und ein extrem schnelles Ausspülen hat und daher wiederholt ohne offensichtliche andauernde Wirkungen angewendet werden kann; diese sind wertvolle Eigenschaften für verhaltensrelevante Arzneimittel. Unglücklicherweise ist es unwahrscheinlich, dass die periphere Verabreichung von Aniracetam Hirnrezeptoren beeinflusst. Das Arzneimittel arbeitet nur bei hohen Konzentrationen (~1,0 mM) und Guenzi und Zanetti, J. Chromatogr. 530: 397–406 (1990) haben berichtet, dass ungefähr 80% des Arzneimittels nach einer peripheren Verabreichung in Menschen zu Anisoyl-GABA hydrolysiert werden. Es wurde festgestellt, dass der Metabolit, Anisoyl-GABA, nur schwache Aniracetam-ähnliche Wirkungen hat.
Eine Klasse von Verbindungen, die nicht die geringe Potenz und die inhärente Eigenschaft der hydrolytischen Instabilität von Aniracetam zeigen, wurde kürzlich offenbart. Diese Verbindungen, genannt "Ampakine", sind in der Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 94/02475 (PCT/US93/ 06916) (Lynch und Rogers, Regents of the University of California) offenbart. Die Ampakine sind im allgemeinen substituierte Benzamide, chemisch stabiler als Aniracetam und zeigen eine verbesserte Bioverfügbarkeit, wie es aus durch Positronen-Emissions-Tomographie (PET) durchgeführten Experimenten geschlossen wurde [siehe beispielsweise Staubli et al., PNAS 91: 11158–11162 (1994)]. Weitere Ampakine in der Form von Benzoylpiperidinen und Pyrrolidinen wurden ferner entdeckt und sind Gegenstand einer anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/458 967, eingereicht am 2. Juni 1995. Es wurde kürzlich entdeckt, dass eine neue Klasse von Ampakinen, Benzoxazine, eine unerwartet hohe Aktivität in in-vitro- und in-vivo-Modellen zum Testen der Wahrscheinlichkeit des Hervorrufens einer Wahrnehmungsverstärkung haben (Rogers und Lynch "Benzoxazines for Enhancing Synaptic Response", US Patent Nr. 5 736 543, erteilt am 7. April 1998). Eine weitere Struktur-Aktivität-Entwicklung hat eine neue Serie von Verbindungen, Rcylbenzoxazine, die ein starkes Ansprechen in invitro-Tests der AMPA-Rezeptor-Aktivierung zeigen und die eine deutlich verbesserte Biostabilität im Vergleich mit isomeren Benzoxazinen haben, aufgedeckt. Diese Verbindungen werden hier offenbart.
In Journal of Organic Chemistry, Band 33, Seiten 2402–7, (1968), wird die Reaktion von einigen Ketosäuren mit Anthranilsäure, Anthranilamiden, Orthoanilamiden und Salicylamid offenbart. Verbindung 29 ist ein Pyrrolobenzoxazindion.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wurde nun entdeckt, dass synaptische Antworten, die durch AMPA-Rezeptoren vermittelt werden, bei Verabreichung einer neuen Klasse von Acylbenzoxazinderivaten erhöht sind. Die Fähigkeit der neuen Verbindungen dieser Erfindung, AMPA-Rezeptor-vermittelte Antworten zu erhöhen, macht die Verbindungen nützlich für eine Verwendung bei einer Vielzahl von Zwecken einschließlich einer Erleichterung des von AMPA-Rezeptoren abhängigen Erlernens von Verhaltensweisen und als therapeutische Arzneimittel bei Leiden, bei denen die Zahl oder Effizienz von AMPA-Rezeptoren oder diese Rezeptoren verwendenden Synapsen verringert ist, oder unter solchen Umständen, wenn eine erhöhte exzitatorische synaptische Aktivität günstig wäre. Es wurde unerwarteterweise entdeckt, dass die Verbindungen der vorliegenden Erfindung Anzeichen einer erhöhten Bioverfügbarkeit und einer erhöhten metabolischen Stabilität im Vergleich mit Verbindungen des Stands der Technik zeigen. Ferner zeigten die Verbindungen der vorliegenden Erfindung, die ursprünglich als vollständig inaktiv oder als eine deutlich verringerte Aktivität zeigend im Vergleich mit Verbindungen des Stands der Technik betrachtet wurden, unerwarteterweise eine erhöhte Aktivität im Vergleich mit Verbindungen des Stands der Technik. In den folgenden Beispielen wird gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine überraschende biologische Aktivität besitzen, was durch ihre Fähigkeit zur Erhöhung der AMPA-Rezeptor-Funktion in Schnitten von Ratten-Hippocampus angezeigt wird, sie metabolisch wesentlich stabiler als strukturverwandte Ampakine sind und eine Verbesserung bei relevanten Gedächtnisaufgaben fördern, wie die Leistungsfähigkeit in einem acht-armigen radialen Irrgarten. Diese und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind in dem beigefügten Anspruch 1 definiert.
Die folgenden Ausdrücke werden zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet.
Der hier verwendete Ausdruck "Alkyl" umfasst sowohl geradkettige, verzweigtkettige als auch Cycloalkylgruppen. Der hier verwendete Ausdruck "Fluoralkyl" umfasst sowohl einfache als auch mehrfache Fluorsubstitutionen, wobei perfluorierte C₁-C₃-Einheiten bevorzugt sind. Der Ausdruck "Aryl" umfasst sowohl substituierte und unsubstituierte carbocyclische als auch heterocyclische aromatische Gruppen, wie Phenyl, Tolyl, Pyridyl, Imidazoyl, Alkylendioxyphenyl und dergleichen.
Der in der gesamten vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "effektive Menge" oder "therapeutisch effektive Menge" beschreibt eine Menge oder Konzentration von einer oder mehreren der Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die verwendet wird, um eine gewünschte Wirkung zu erzielen oder ein spezifisches Leiden in einem Patienten oder einem Subjekt zu behandeln. Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit eines Patienten bei sensorisch-motorischen Problemen zu verbessern, die Leistungsfähigkeit von Subjekten bei kognitiven Aufgaben in Abhängigkeit von Hirnnetzwerken, die AMPA-Rezeptoren verwenden, zu erhöhen, die Festigkeit der Gedächtnisbildung zu verbessern oder die Gehirnfunktion bei Subjekten mit einem Mangel der Anzahl der exzitatorischen Synapsen oder AMPA-Rezeptoren zu verbessern. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung können ferner in effektiven Mengen zum Verringern des Zeitaufwands, den ein Subjekt zum Lernen einer kognitiven, motorischen oder perzeptorischen Aufgabe benötigt, oder zum Verringern der Menge und/oder Schwere von Fehlern, die von einem Subjekt beim Sich-Erinnern einer kognitiven, motorischen oder perzeptorischen Aufgabe gemacht werden, verwendet werden. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind ferner zur Behandlung von humanen Subjekten zur Erhöhung von synaptischen Antworten, die durch AMPA-Rezeptoren vermittelt werden, nützlich. Ferner können die Verbindungen der vorliegenden Erfindung zur Behandlung von Schizophrenie, schizoidem Verhalten oder Depression bei einem humanen Patienten oder Subjekt verwendet werden. In jedem Fall, in dem die Verbindungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden sie in Mengen oder Konzentrationen, die wirksam zum Erzielen einer gewünschten Wirkung oder zur Behandlung eines speziellen Leidens bei einem Patienten sind, verwendet.
Der in der gesamten Beschreibung verwendete Ausdruck "Patient" oder "Subjekt" beschreibt ein Tier einschließlich eines Menschen, dem eine Behandlung oder Verwendung der Verbindungen oder Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Zur Behandlung oder Verwendung der/bei den Leiden oder Krankheitszuständen, die spezifisch für ein spezifisches Tier sind (insbesondere beispielsweise für ein humanes Subjekt oder einen Patienten), wird der Ausdruck Patient oder Subjekt auf das besondere Tier bezogen.
Der Ausdruck "sensorisch-matorische Probleme" wird zur Beschreibung eines Problems, das bei einem Patienten oder Subjekt von der Unfähigkeit von den fünf bekannten Sinnen stammende externe Information in einer solchen Weise zu integrieren, dass geeignete physikalische Antworten, die eine Bewegung und Handlung einschließen, ausgeübt werden, herrührt, verwendet.
Der Ausdruck "kognitive Aufgabe" wird zur Beschreibung eines Strebens, das Denken oder Wissen beinhaltet, bei einem Patienten oder Subjekt verwendet. Die verschiedenen Funktionen der Assoziationscortices von Lobus parietalis, Schläfenlappen und Stirnlappen, die ungefähr 75% des gesamten humanen Ge hirngewebes ausmachen, bewerkstelligen einen Hauptteil der Informationsverarbeitung, die zwischen dem sensorischen Eingang und dem motorischen Ausgang abläuft. Die verschiedenen Funktionen der Assoziationscortices werden oft als Kognition, das wörtlich den Prozess, durch den wir die Welt kennenlernen, bedeutet, bezeichnet. Selektives Hören eines besonderen Stimulus, Erkennen und Identifizieren der relevanten Merkmale des Stimulus und Planen und Ausführen der Antwort sind einige der Prozesse oder Fähigkeiten, die durch das humane Gehirn vermittelt werden, die Kognition betreffen.
Der Ausdruck "Gehirnnetzwerk" wird zur Beschreibung verschiedener anatomischer Bereiche des Gehirns, die miteinander über die synaptische Aktivität von neuronalen Zellen kommunizieren, verwendet.
Der Ausdruck "AMPA-Rezeptor" betrifft ein Aggregat von Proteinen, das in manchen Membranen gefunden wurde, das in Reaktion auf die Bindung von Glutamat oder AMPA (DL-α-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsäure), aber nicht NMDA, positiven Ionen ermöglicht, die Membran zu durchqueren.
Der Ausdruck "exzitatorische Synapse" wird zur Beschreibung einer Zell-Zell-Verknüpfung, an der eine Freisetzung eines chemischen Botenstoffs durch eine Zelle eine Depolarisierung der externen Membran der anderen Zelle verursacht, verwendet. Eine exzitatorische Synapse wird zur Beschreibung eines postsynaptischen Neurons, das ein reverses Potential, das positiver als das Schwellenpotential ist, hat, verwendet und infolgedessen erhöht in einer solchen Synapse ein Neutrotransmitter die Wahrscheinlichkeit, dass ein exzitatorisches postsynaptisches Potential verursacht wird (ein Neuron wird feuern, wobei ein Aktionspotential erzeugt wird). Reverse Potentiale und Schwellenpotentiale bestimmten die postsynaptische Anregung und Hemmung. Wenn das reverse Potential für ein postsynaptisches Potential ("PSP") positiver als die Aktionspotentialschwelle ist, ist die Wirkung eines Transmitter ex zitatorisch und sie verursacht ein exzitatorisches postsynaptisches Potential ("EPSP") und das Feuern eines Aktionspotentials durch das Neuron. Wenn das reverse Potential für ein postsynaptisches Potential negativer als die Aktionspotentialschwelle ist, ist der Transmitter hemmend und er kann inhibitorische postsynaptische Potentiale (IPSP) erzeugen, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass eine Synapse ein Aktionspotential abfeuern wird, verringert wird. Die allgemeine Regel für eine postsynaptische Aktion ist: Wenn das reverse Potential positiver als die Schwelle ist, erfolgt eine Anregung; eine Hemmung erfolgt, wenn das reverse Potential negativer als die Schwelle ist. Siehe beispielsweise Kapitel 7, Neuroscience, herausgegeben von Dale Purves, Sinauer Associates, Inc., Sunderland, MA 1997.
Der Ausdruck "motorische Aufgabe" wird zur Beschreibung eines Strebens, das von einem Patienten oder Subjekt betrieben wird, das eine Bewegung oder Handlung einschließt, verwendet.
Der Ausdruck "perzeptorische Aufgabe" wird zur Beschreibung eines Akts der Widmung von Aufmerksamkeit von einem Patienten oder Subjekt auf sensorischen Input verwendet.
Der Ausdruck "synaptische Reaktion" wird zur Beschreibung von biophysikalischen Reaktionen in einer Zelle als Folge der Freisetzung von chemischen Botenstoffen durch eine andere Zelle, mit der sie in nahem Kontakt ist, verwendet.
Der Ausdruck "Schizophrenie" wird zur Beschreibung eines Leidens, das eine häufige Art einer Psychose ist, das durch eine Störung im Denkprozess, wie Wahnvorstellungen und Halluzinationen, und intensiven Rückzug des Interesses des Individuums an anderen Leuten und der äußeren Welt und die Beschäftigung mit sich selbst gekennzeichnet ist, verwendet. Schizophrenie wird nun als eine Gruppe von mentalen Störungen und weniger als eine einzige Einheit betrachtet, und es wird eine Unterscheidung zwischen Reaktiv- und Prozess-Schizophrenien ge macht. Der hier verwendete Ausdruck Schizophrenie oder schizoides Verhalten umfasst alle Arten von Schizophrenie, einschließlich von ambulanter Schizophrenie, katatonischer Schizophrenie, hebephrenischer Schizophrenie, latenter Schizophrenie, Prozess-Schizophrenie, pseudoneurotischer Schizophrenie, Reaktiv-Schizophrenie, einfacher Schizophrenie und verwandte psychotische Störungen, die ähnlich zu Schizophrenie sind, aber die nicht zwangsläufig als Schizophrenie per se diagnostiziert werden. Schizophrenie und andere psychotische Störungen können unter Verwendung von Richtlinien, die beispielsweise in Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4. Auflage (DSM IV) Abschnitte 293.81, 293.82, 295.10, 295.20, 295.30, 295.40, 295.60, 295.70, 295.90, 297.1, 297.3, 298.8, veröffentlicht sind, diagnostiziert werden.
Der Ausdruck "Gehirnfunktion" wird zur Beschreibung der kombinierten Aufgaben von Perzeption, Integration, Filtern und Antworten auf externe Stimuli und interne Motivationsprozesse verwendet.
Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auf eine Mehrzahl von Wegen unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren der synthetischen Chemie synthetisiert werden. Ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der vorliegenden Erfindung umfasst: Herstellen eines ortho-Hydroxysubstituierten Benzylamins durch Kontaktieren eines geeignet substituierten Phenols mit Hydroxymethylphthalimid mit einem geeigneten Katalysator, wie eine Aryl- oder Alkylsulfonsäure oder einem anderen einem Fachmann bekannten Lewis-Säure-Katalysator, in einem inerten Lösemittel. Nachdem das Benzylamin durch Behandlung mit Hydrazin in Ethanol freigesetzt wurde, wird es durch eine geeignet aktivierte Carbonsäure unter Bildung eines Amids acyliert. Der Ringschluss zu einer Acylbenzoxazin kann durch Behandlung mit Formaldehyd oder einem geeignet substituierten höheren Aldehyd unter Bildung des unten gezeigten Strukturtyps erreicht werden:
worin R¹ und R² unabhängig voneinander wie X₁ bzw. X₂ in Anspruch 1 definiert sind. R³ wie R¹ in Anspruch 1 definiert ist und Q ein substituiertes oder unsubstituiertes niederes Alkylen, Cycloalkyl, Aryl, Arylalkyl oder Heteroarylalkyl ist.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der vorliegenden Erfindung umfasst Kontaktieren des Benzylamins mit einer aktivierten Säure, die einen Aldehyd oder Keton, anfänglich in der Form eines Acetals oder Ketals, oder einen oxidierbaren Alkohol enthält. Der Aldeyhd oder das Keton wird erzeugt und durch eine starke Säure zur Katalyse der Cyclisierung mit dem Amidstickstoff und dem Phenol in einem Lösemittel von geringer Basizität umgesetzt, wobei Strukturen des unten gezeigten Typs mit eingeschränktem Rotationsvermögen erhalten werden:
worin jedes R¹ und R² wie X₁ bzw. X₂ in Anspruch 1 definiert sind, R³ wie R¹ in Anspruch 1 definiert ist.
Diese Anmeldung ist verwandt zu dem US Patent Nr. 5 736 543, erteilt am 7. April 1998, und zu der Patentanmeldung Serien-Nr. PCT/US93/06916, eingereicht am 23. Juli 1993, veröffentlicht als WO 94/02475 am 3. Februar 1994.
Die oben beschriebenen Verbindungen können in eine Vielzahl von Formulierungen (z. B, eine Kapsel, Tablette, Kapsel mit verzögerter Freigabe, ein Sirup, Zäpfchen, eine injizierbare Form, ein transdermales Pflaster und dergleichen), vorzugsweise in Kombination mit einem pharmazeutisch akzeptablen Träger, einem pharmazeutisch akzeptablen Streckmittel oder einem pharmazeutisch akzeptablen Zusatzmittel zur Verabreichung an ein Subjekt inkorporiert werden. In gleicher Weise können verschiedene Arten der Verabreichung (z. B. oral, bukkal, rektal, parenteral, intraperitoneal, kutan und dergleichen) verwendet werden. Die verwendeten Dosismengen können in einem weiten Bereich variiert werden und ohne weiteres von einem Fachmann bestimmt werden. Typischerweise werden Mengen von Milligramm- bis Dezigrammmengen verwendet. Eine orale Verabreichung (1- bis 4-mal täglich) ist deutlich bevorzugt. Aufgrund der unerwartet günstigen Bioverfügbarkeit und Stabilität können die Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung oral nur zweimal oder auch einmal täglich verabreicht werden. Subjekte, die für eine Behandlung mit den Verbindungen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, umfassen Menschen, Haustiere, Labortiere und dergleichen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können beispielsweise als Forschungswerkzeug für Untersuchungen der biophysikalischen und biochemischen Eigenschaften des AMPA-Rezeptors und der Folgen einer selektiven Erhöhung der exzitatorischen Transmission auf die Funktion eines neuronalen Regelkreises verwendet werden. Da die erfindungsgemäßen Verbindungen zentrale Synapsen erreichen, ermöglichen sie eine Untersuchung der Verhaltensauswirkungen einer Erhöhung der AMPA-Rezeptor-Ströme.
Metabolisch stabile Verbindungen, die positive Modulatoren von AMPA-Strömen sind, haben viele potentielle Anwendungen bei Menschen. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Festigkeit von exzitatorischen Synapsen einen Verlust von Synapsen oder Rezeptoren, der mit dem Alterungsvorgang und einer Gehirnerkrankung (z. B. Alzheimersche Erkrankung) zusammenhängt, kompensieren. Eine Erhöhung von AMPA-Rezeptoren kann eine schnellere Prozessierung durch multisynaptische Regelkreise, die in höheren Gehirnbereichen festgestellt wurden, verursachen, und kann so eine Erhöhung der perzeptorischmotorischen und kognitiven Leistungsfähigkeit erzeugen. Als weiteres Beispiel wird angenommen, da eine Erhöhung von AMPA-Rezeptor-vermittelten Antworten synaptische Änderungen des Typs, von dem angenommen wird, dass er Gedächtnis codiert, erleichtert, dass metabolisch stabile AMPA-Modulatoren als Gedächtnisverstärker funktionieren.
Weitere beabsichtigte Anwendungen für die Verbindungen der vorliegenden Erfindung umfassen eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Subjekten mit sensorisch-motorischen Problemen, die von AMPA-Rezeptoren verwendenden Gehirnnetzwerken abhängen; eine Verbesserung der Leistungsfähigkeiten von Subjekten, die bei kognitiven Aufgaben, die von AMPA-Rezeptoren verwendenden Gehirnnetzwerken abhängen, beeinträchtigt sind; eine Verbesserung der Leistungsfähigkeiten von Subjekten mit Gedächtnisschwächen; und dergleichen, wie im Vorhergehenden beschrieben.
Weitere beabsichtigte Verwendungen für die Verbindungen der vorliegenden Erfindung beinhalten die Korrektur eines suboptimalen Systemniveaus der Kommunikation zwischen und unter Gehirnbereichen, die für mit psychiatrischen Krankheiten, wie Schizophrenie verbundenes Verhalten verantwortlich sind.
Demgemäß können die erfindungsgemäßen Verbindungen in geeigneten Formulierungen zur Verringerung des Zeitbedarfs, der zum Erlernen einer kognitiven motorischen oder perzeptori schen Aufgabe benötigt wird, verwendet werden. Alternativ können die erfindungsgemäßen Verbindungen in geeigneten Formulierungen zur Erhöhung der Zeit, während der kognitive motorische oder perzeptorische Aufgaben behalten werden, verwendet werden. Als andere Alternative können erfindungsgemäße Verbindungen in geeigneten Formulierungen zur Verringerung der Menge und/oder Schwere von Fehlern, die bei einem Sich-Erinnern einer kognitiven motorischen oder perzeptorischen Aufgabe gemacht werden, verwendet werden. Eine derartige Behandlung kann besonders vorteilhaft bei Individuen, die eine schwere Verletzung des Nervensystems erlitten haben, oder die eine Erkrankung des Nervensystems erlitten haben, insbesondere eine Verletzung oder Erkrankung, die die Anzahl von AMPA-Rezeptoren im Nervensystem beeinflusst, sein. Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden dem betroffenen Individuum verabreicht und danach wird dem Individuum eine kognitive motorische oder perzeptorische Aufgabe gestellt. In jedem Fall können die Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer wirksamen Menge der Verbindung an einen Patienten oder an ein Subjekt, der oder das eine Therapie benötigt, verabreicht werden.
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die folgenden Beispiele, die zur Illustration bestimmter der bevorzugten Ausführungsformen und von Vergleichen beigefügt sind, Bezug genommen. Die beigefügten Beispiele sollen jedoch nicht den Umfang dieser Erfindung beschränken, wie er oben und in den angefügten Ansprüchen umfassender dargestellt ist.
CHEMISCHE SYNTHESE
Beispiel 1
5a,6,7,8-Tetrahydro-1,3-dioxolo[4,5-g]pyrrolo[2,1-b] [1,3]benzoxazin-8(10H)-on
p-Toluolsulfonsäuremonohydrat (3,61 g, 19,0 mmol) wurde durch azeotrope Destillation in einer Chloroformlösung (100 ml) getrocknet. Die verbliebene Lösung (50 ml) wurde gekühlt, 9,14 g (66,2 mmol) Sesamöl, 10,01 g (57 mmol) N-(Hydroxy-methyl)phthalimid und 100 ml Chloroform wurden zugesetzt und die erhaltene grüne Lösung wurde über Nacht unter Rückfluss gehalten. Die schwarze Reaktionsmischung wurde auf Umgebungstemperatur abgekühlt, auf 500 ml mit Chloroform verdünnt und dreimal mit gesättigtem Natriumbicarbonat gewaschen. Die vereinigten wässrigen Phasen wurden mit Ethylacetat rückextrahiert, wobei der Ethylacetatextrakt mit der Chloroformlösung vereinigt und über Natriumsulfat getrocknet wurde. Der Rückstand, der aus der Verdampfung der Lösemittel an einem Rotationsverdampfer erhalten wurde, wurde in Dichlormethan aufgenommen und über eine kurze Säule von Silicagel filtriert. Eine Spülung des Silicagels mit Dichlormethan wurde mit dem Elutionsmittel kombiniert und verdampft, wobei 9,3 g von N-(2-Hydroxy-4,5-methylendioxybenzyl)-phthalimid (55%) als gelber Feststoff, der einen Fleck auf TLC (R_f = 0,6; Dichlormethan) zeigte, erhalten wurden.
IR: 1768 und 1699 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 7,81–7,90 (2H, m); 7,70–7,79 (2H, m); 7,76 (1H, s); 6,86 (1H, s); 6,52 (1H, s); 5,88 (2H, s) und 4,73 ppm (2H, s).
N-(2-Hydroxy-4,5-methylendioxybenzyl)phthalimid (2,0 g; 6,7 mmol) wurde in 20 ml Tetrahydrofuran (THF) unter Argon gelöst. Natriumhydrid (0,27 g; 6,78 mmol) wurde als 60%ige Dispersion in Mineralöl portionsweise zu der gerührten Lösung zugegeben und nach 30 min wurden 0,65 ml (7,01 mmol) Chlormethylethylether zugegeben. Die Mischung wurde über Nacht stehengelassen, danach wurden zusätzliche Äquivalente von Natriumhydrid und Chlormethylethylether zugegeben und während zusätzlicher vier Stunden reagieren gelassen. Das Volumen der Lösung wurde an einem Rotationsverdampfer verringert, und der Rückstand wurde zwischen Wasser und Dichlormethan verteilt. Die wässrige Phase wurde weiter mit Dichlormethan (dreimal) extrahiert und die vereinigten organischen Schichten wurden kombiniert und mit 10%igem Natriumhydroxid (dreimal) und mit einer gesättigten Salzlösung gewaschen, bevor sie über Natriumsulfat getrocknet wurden. Die Verdampfung des Lösemittels und Lösung der erhaltenen braunen Flüssigkeit in Ethylether ergab Kristalle, die durch Filtration gesammelt und mit Ethylether/Petrolether (1 : 1) gewaschen wurden. Der Überstand und die Waschlösungen wurden vereinigt und zusätzliches Produkt wurde durch Silicagelchromatographie (10%–20% Ethylacetat/Hexan) erhalten, wobei die Gesamtausbeute 1,70 g von N-(2-Ethoxymethoxy-4,5-methylen-dioxybenzyl)phthalimid (71%) betrug.
IR (Dünnfilm): 1770 und 1709 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 7,80– 7,90 (2H, m); 7,67–7,77 (2H, m); 6,77 (2H, s); 5,88 (2H, s); 5,19 (2H, s); 4,86 (2H, s); 3,73 (2H, q, J = 0 7,04 Hz) und 1,21 ppm (3H, t, J = 7,15 Hz).
N-(2-Ethoxymethoxy-4,5-methylendioxybenzyl)phthalimid (1,70 g, 4,77 mmol) wurde mit 0,5 ml (16 mmol) Hydrazin in 90 ml Ethanol unter Rückfluss während 3 h behandelt. Die Reaktionsmischung wurde abgekühlt und das Phthalhydrazid durch Filtration entfernt und dreimal mit Ethylether gewaschen. Die organischen Lösungen wurden kombiniert und auf einem Rotationsverdampfer bis zur Trockene unter Gewinnung eines Rückstands, der in Dichlormethan aufgenommen wird, eingeengt. Die organische Lösung wurde dreimal mit 10%igem Natriumhydroxid gewaschen und die kombinierten wässrigen Lösungen wurden zweimal mit Dichlormethan rückextrahiert. Die kombinierten organischen Lösungen wurden mit einer Salzlösung gewaschen und über Natriumsulfat/Kaliumcarbonat getrocknet. Die Verdampfung des Lösemittels ergab 2-Ethoxymethoxy-4,5-methylendioxybenzylamin als leicht gelbe Flüssigkeit (0,98 g, 92% Ausbeute), die sich beim Stehen verfestigte.
IR: 3298 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz) : δ 6,77 (1H, s); 6,75 (1H, s); 5,91 (2H, s); 5,18 (2H, s); 3,74 (2H, q, J = 7,1 Hz); 3,73 (2H, s); 1,45 (2H, br s) und 1,24 ppm (3H, t, J = 7,1 Hz).
4,4-Diethoxybuttersäure (716 mg, 4,06 mmol) wurde durch Zugabe einer Lösung von 613 mg (3,78 mmol) von Carbonyldiimidazol in 10 ml Dichlormethan aktiviert. Die Lösung wurde während 2 h gerührt, danach wurde eine Lösung von 978 mg (4,35 mmol) von 2-Ethoxymethoxy-4,5-methylendioxybenzylamin in 15 ml Dichlormethan zugegeben und während drei Tagen stehengelassen. Die Lösung wurde mit Phosphatpuffer (0,1 M, pH 6,8) dreimal und einmal mit Salzlösung gewaschen, bevor sie über Natriumsulfat getrocknet wurde. Die Verdampfung des Lösemittels ergab 1,42 g (98% Ausbeute) einer gelben Flüssigkeit.
IR: 1644 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 6,78 (1H, s); 6,75 (1H, s); 5,95–6,08 (1H, br t); 5,91 (2H, s); 5,17 (2H, s); 4,49 (1H, t, J = 5,5 Hz); 4,34 (2H, d, J = 5,8 Hz); 3,78–3,89 (6H, m); 2,26 (2H, t, J = 5,8 Hz); 1,94 (2H, dt, J = 7,5 und 5,4 Hz) und 1,13–1,30 ppm (9H, t, J = 7,0 Hz).
Das obige Amid/Acetal (1,20 g, 3,12 mmol) wurde mit 4 ml 2-Propanol und 200 μl konz. HCl in 20 ml THF kombiniert und über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Der aus der Verdampfung der Lösemittel erhaltene Rückstand wurde zwischen Wasser und Dichlormethan verteilt. Die wässrige Phase wurde dreimal mit Dichlormethan extrahiert und die vereinigten organischen Fraktionen wurden zweimal mit 10% HCl, dreimal mit 10%igem Natriumhydroxid und einmal Salzlösung gewaschen, bevor sie über Natriumsulfat getrocknet wurden. Die Entfernung des Lösemittels ergab einen weißlichen Feststoff, der auf Silicagel (20% Ethylacetat/Hexan) gereinigt wurde und aus Dichlormethan/Ethylether kristallisiert wurde, wobei 301 mg (41%) des Acylbenzoxazins mit einem Schmelzpunkt von 163– 164°C erhalten wurden.
IR: 1697 Cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 6,51 (1H, s); 6,40 (1H, s); 5,91 (2H, s); 5,31 (1H, dd, J = 5,3 und 1,6 Hz); 4,85 (1H, d, J = 16,5 Hz); 4,20 (1H, d, J = 16,4 Hz) und 2,14–2,69 ppm (4H, m).
Beispiel 2
6a,7,8,9-Tetrahydro-1,4-dioxin[2,3-g]pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9(11H)-on
N-(Hydroxymethyl)phthalimid (97,46 g, 42,1 mmol), 3,4-Ethlylendioxyphenol (96,4 g, 42,1 mmol) und p-Toluolsulfonsäuremonohydrat (0,87 g, 4,6 mmol) wurden in 80 ml Chloroform gelöst und die Mischung wurde unter Rückfluss während drei Tagen unter Verwendung einer Dean-Stark-Falle mit gelegentlicher Entfernung von Wasser belassen. Die braune Lösung wurde durch einen Pfropfen aus Silica filtriert und der Pfropfen aus Silica wurde mit Chloroform gewaschen und die kombinierten organischen Lösungen wurden verdampft, wobei ein gelber Feststoff, der durch Flash-Chromatogrpahie mit Dichlormethan als Eluent gereinigt wurde, erhalten wurde. Die Zwischenstufe wurde als gelber Feststoff (5,8 g), der aus einer Mischung von Isomeren bestand, der ohne weitere Reinigung verwendet wurde, erhalten.
Der Feststoff von oben (1,4 g, 4,5 mmol) wurde in 15 ml THF gelöst und mit 0,7 g (7,4 mmol) Chlormethylethylether und 0,3 g (7,5 mmol) Natriumhydrid (als eine 60%ige Dispersion in Mineralöl) unter Argon während einer Stunde behandelt. Wasser wurde zugegeben und die abgetrennte wässrige Phase wurde dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Die kombinierten organischen Phasen wurden dreimal mit 10%igen Natriumhydroxid und einmal mit Salzlösung gewaschen, bevor sie über Natriumsulfat getrocknet wurden. Die Verdampfung des Lösemittels ergab ein Öl, das sich im Ethylether löste und kristallisierte, wobei 0,63 g (38%) weiße Kristalle erhalten wurden.
Fp. = 97–98,5°C. IR: 1771 und 1709 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 7,6–7,9 (4H, m); 6,70 (1H, s); 6,69 (1H, s); 5,17 (2H, s); 4,82 (2H, s); 4,18 (4H, m); 3,71 (2H, q, J = 7,2 Hz) und 1,2 ppm (3H, t, J = 7,1 Hz).
N-(2-Ethoxymethoxy-4,5-ethylendioxybenzyl)phthalimid (625 mg, 1,69 mmol) wurden mit 0,2 ml (6,4 mmol) Hydrazin in 30 ml Ethanol gemischt und während 3 h unter Rückfluss belassen. Die Reaktionsmischung wurde abgekühlt, 30 ml Ethylether wurden zu der Mischung gegeben und ein weißer Niederschlag wurde durch Filtration entfernt. Der Filterkuchen wurde dreimal mit Diethylether gewaschen und die kombinierten organischen Lösungen wurden verdampft, wobei ein Feststoff erhalten wurde, der zwischen Ethylether und 10%igem Natriumhydroxid verteilt wurde. Die organische Phase wurde dreimal mit 10%igem Natriumhydroxid gewaschen und die wässrigen Waschphasen wurden kombiniert und zweimal mit Dichlormethan rückextrahiert. Die organischen Lösungen wurden kombiniert und mit Salzlösung gewaschen und über Natriumsulfat/Kaliumcarbonat getrocknet. Im Anschluss ergab die Verdampfung des Lösemittels 2-Ethoxymethoxy-4,5-ethylendioxybenzylamin als leichtgelbes Öl (346 g, 86% roh), das sich beim Stehen verfestigte.
IR: 3375 cm^–1.
4,4-Diethoxybuttersäure (270 mg, 1,53 mmol) wurde durch Zugabe einer Lösung von 213 mg (1,31 mmol) von Carbonyldiimidazol in 5 ml Dichlormethan aktiviert. Die Lösung wurde 30 min gerührt, danach wurde eine Lösung 347 mg (1,45 mmol) von 2-Ethoxymethoxy-4,5-ethylendioxybenzylamin in 1 ml Dichlormethan zugegeben, und es wurde über Nacht stehengelassen. Die Lösung wurde mit Phosphatpuffer (0,1 M, pH 6,8) dreimal und einmal mit Salzlösung gewaschen, bevor sie über Natriumsulfat getrocknet wurde. Die Lösung wurde durch einen kleinen Pfropfen von Silicagel filtriert und verdampft, wobei 436 mg (84% roh) eines Öls erhalten wurden.
IR: 3293 und 1644 cm^–1.
Das Amid/Acetal (436 mg, 1,1 mmol) von oben wurde mit 2 ml 2-Propanol und 100 μl konz. HCl in 10 ml THF kombiniert und über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen. Der aus der Verdampfung der Lösemittel erhaltene Rückstand wurde in Dichlormethan aufgenommen und dreimal mit 10%igem HCl, dreimal mit 10%igem Natriumhydroxid und einmal mit Salzlösung gewaschen, bevor er über Natriumsulfat getrocknet wurde. Die Ent fernung des Lösemittels ergab einen weißen Feststoff, der aus Dichlormethan/Ethylether kristallisiert wurde und zweimal mit Ethylether/Petrolether gewaschen wurde, wobei 123 mg (45%) des Acylbenzoxazins mit einem Fp. = 151–152°C erhalten wurden.
IR: 1708 und 1689 (sh) cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz): δ 6,58 (1H, s); 6,41 (1H, s); 5,32 (1H, dd); 4,86 (1H, d, J = 16,7 Hz); 4,22 (4H, m); 4,20 (1H, d, J = 16,3 Hz) und 2,12–2,70 ppm (4H, m).
Beispiel 3
6a,7,8,9-Tetrahydro-1,4-dioxan[2,3-g]pyrido[2,1-b][1,3]-benzoxazin-10(10H,12H)-dion
Trimethylaluminium, als 2 M Lösung in Toluol (2,3 ml, 4,6 mmol), wurde unter Argon zu einem Zweihals-Kolben gegeben und auf –5 bis –10°C gekühlt. 2-Ethoxymethoxy-4,5-ethylendioxybenzylamin (1,0 g, 4,18 mmol; als Mischung von Isomeren) in 5 ml trockenem Chloroform wurde zu dem Kolben gegeben, und die erhaltene Lösung wurde bei derselben Temperatur während 20 min gehalten. Nachdem die Lösung auf Umgebungstemperatur erwärmen gelassen wurde, wurden 0,81 g (4,6 mmol) von Methyl-5,5-dimethoxyvalerat zugegeben, und die erhaltene Lösung wurde über Nacht unter Rückfluss belassen. Die Reaktion wurde mit Methanol und Phosphatpuffer (0,1 M, pH 6,8) abgebrochen und dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden dreimal mit Phosphatpuffer, einmal mit Salzlösung gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Amid wurde zu einem leicht gelben Öl auf Silicagel mit Dichlormethan/Ethylether (4 : 1) als Eluent gereinigt und (über NMR) wurde festgestellt, dass es eine Mischung von freien und geschützten phenolischen Verbindungen war, die ohne weitere Reinigung verwendet wurde.
IR: 3279 und 1632 cm^–1.
Das Öl von oben wurde in 10 ml THF, 2 ml 2-Propanol und 100 μl konz. HCl gelöst und während 24 Stunden stehengelassen.
Das Lösemittel wurde unter Vakuum entfernt und der Rückstand wurde in Dichlormethan aufgenommen, das Ganze wurde dreimal mit 10%igem HCl, dreimal mit 10%igem Natriumhydroxid und einmal mit Salzlösung gewaschen, bevor es über Natriumsulfat getrocknet wurde. Die Verdampfung des Lösemittels ergab einen weißen Feststoff, der aus Dichlormethan/Ethylether kristallisiert wurde, wobei 141 mg des ε-Lactams erhalten wurden. Wenn die Kristalle des Produkts erhitzt werden, tritt bei 147°C eine Umwandlung auf, wobei eine neue Form, die bei 163°C schmilzt, erhalten wird.
IR: 1647 und 1639 cm^–1 (nichtaufgelöstes Dublett). ¹H-NMR (200 MHz): δ 6,58 (1H, s); 6,39 (1H, s); 5,31 (1H, d,J = 16,4 Hz); 5,16 (1H, t, J = 3,4 Hz); 4,22 (4H, m); 4,12 (1H, d, J = 16,7 Hz); 2,30–2,60 (2H, m); 1,00–2,20 (3H, m) und 1,70– 1,90 ppm (1H, m).
Beispiel 4
5a,6,7,8-Tetrahydro-1,3-dioxolo[4,5-g]pyrrolo[2,1-b][1,3]-benzoxazin-8,10(10H)-dion
4,5-Methylendioxysalicylamid (496 mg; 2,74 mmol) wurde in 10 ml Trifluoressigsäure gelöst, wozu 491 mg (2,79 mmol) 4,4-Diethoxybuttersäure gegeben wurden. Nach 24 Stunden wurde die Reaktionslösung an einem Rotationsverdampfer auf 5 ml eingeengt und die Zugabe von zusätzlichen 526 mg von 4,4-Diethoxy= Buttersäure verursachte die Bildung eines weißen Niederschlags. Die Trifluoressigsäure wurde durch Verdampfung entfernt und der Feststoff wurde in Ethylacetat und Ethanol aufgenommen und wieder durch Verdampfung des Lösemittels isoliert. Schließlich wurde der Feststoff einem Hochvakuum ausgesetzt.
IR: 1720, 1657, 1617, 1470, 1260 und 1177 cm^–1. ¹H-NMR (200 MHz; d₆DMSO/CDCl₃): δ 8,32 (1H, br s); 7,17 (1H, s); 6,47 (1H, s); 6,02 (2H, s); 5,25 (1H, t, J = 4,5 Hz); 2,48–2,6 (2H, m) und 2,06–2,2 ppm (2H, m).
Die Zwischenstufe der Säure wurde zu einer Lösung von 1,09 g (6,17 mmol) von Carbonyldiimidazol in 20 ml Methylendichlorid gegeben. Nach 24 Stunden wurde eine weiße milchige Suspension beobachtet. Eine DC-Analyse legte nahe, dass einiges Startmaterial übriggeblieben ist, und daher wurden zusätzlich 474 mg CDI zu der Suspension gegeben. Es wurde keine weitere Reaktion beobachtet, und der weiße Feststoff wurde durch Filtration isoliert und mit Dichlormethan gewaschen. UV- und IR-Spektren zeigen, dass dieses Intermediat (310 mg) das Acylimidazol ist, und daher wurde es in 10 ml Dichlormethan suspendiert und mit 105 mg Triethylamin während 4 Tagen behandelt, wobei an diesem Zeitpunkt die Reaktionslösung dann homogen war. Die Lösung wurde mit 10%igem HCl (dreimal) und einmal mit Salzlösung gewaschen, schließlich über Na₂SO₄ getrocknet. Die Entfernung des Lösemittels durch Verdampfung ergab 205,6 mg eines weißen Feststoffs. Der Feststoff wurde in Trifluoressigsäure gelöst, aber keine Veränderung trat während einer Zeitdauer von Tagen auf (über DC). Das Produkt wurde reisoliert und aus CHCl₃/Et₂O kristallisiert, wobei ein Material mit Fp. = 224–225°C erhalten wurde.
IR: 1750 (s), 1673 (m) und 1625 (m) cm^–1. ¹H-NMR (500 MHz) δ 7,4 (1H, s); 6,47 (1H, s); 6,05 (2H, s); 5,77 (1H, dd, J = 5,0 und 7,1 Hz); 2,69–2,78 (1H, m); 2,53–2,64 (2H, m) und 2,29–2,39 ppm (1H, m). FAB–MS: m/z = 248 (P + 1).
BIOLOGISCHE DATEN
Beispiel 5
Physiologischer Test in vitro
Die physiologischen Wirkungen der erfindungsgemäßen Verbindungen können in vitro mit Schnitten von Ratten-Hippocampus gemäß dem folgenden Verfahren getestet werden. Exzitatorische Antworten (Feld-EPSPs) werden in Schnitten von Hippocampus, die in einer Messkammer unter kontinuierlicher Perfusion mit einer künstlichen Cerebrospinal-Flüssigkeit (ACSF) gehalten werden, gemessen. In Abständen von 15–30 min wird das Per fusionsmedium zu einem, das verschiedene Konzentrationen der Testverbindungen hat, gewechselt. Antworten, die unmittelbar vor und am Ende der Arzneimittel-Perfusion erhalten wurden, wurden übereinander gelegt, um sowohl die prozentuale Erhöhung der EPSP-Amplitude als auch die prozentuale Erhöhung der Breite der Antwort bei halber Peakhöhe (Halbwertsbreite) zu berechnen.
Um diese Tests durchzuführen, wurde der Hippocampus aus anästhesierten 2 Monate alten Sprague-Dawley-Ratten entfernt und in vitro wurden Schnitte (400 Mikrometer dick) hergestellt und in einer Grenzschichtkammer bei 35°C unter Verwendung herkömmlicher Verfahren gehalten [siehe beispielsweise Dunwiddie und Lynch, J. Physiol. 276: 353–367 (1978)]. Die Kammer wurde konstant mit 0,5 ml/min mit ACSF, das (in mM) enthielt: 124 NaCl, 3 KCl, 1,25 KHP₂O₄, 2,5 MgSO₄, 3,4 CaCl₂, 26 NaHCO₃, 10 Glucose und 2 L-Ascorbat perfundiert. Eine bipolare Nichrom-Stimulationselektrode wurde in der dendritischen Schicht (Stratum radiatum) des hippocampalen Subfeld CA1 nahe zu der Grenze zu Subfeld CA3 positioniert.
Strompulse (0,1 ms) durch die Stimulationselektrode aktivieren eine Population der Schaffer-Commissural-Fasern (SC), die von Neuronen in der Unterabteilung CA3 entspringen und an Synapsen an den Dendriten von CA1-Neuronen enden. Eine Aktivierung dieser Synapsen bewirkt, dass sie den Transmitter Glutamat freisetzen. Glutamat bindet an die postsynaptischen AMPA-Rezeptoren, die dann transient einen assoziierten Ionenkanal öffnen und einen Natriumstrom in die postsynaptische Zelle eintreten lassen. Dieser Strom verursacht eine Spannung in dem extrazellulären Spalt (das exzitatorische-post-synaptische Feldpotential oder Feld "EPSP"), das von einer Aufzeichnungselektrode mit hoher Impedanz, die in der Mitte des Stratum radiatum von CA1 positioniert ist, aufgezeichnet wird.
Für die in Tabelle 1 zusammengefassten Experimente wurde die Intensität des Stimulationsstroms zur Erzeugung halbmaximaler EPSPs (typischerweise ungefähr 1,5–2,0 mV) eingestellt. Paarweise Stimulationspulse wurden alle 40 s mit einem Zwischenpulsintervall von 200 ms (siehe unten) abgegeben. Die Feld-EPSPs der zweiten Antwort wurden digitalisiert und zur Bestimmung der Amplitude, Halbwertsbreite und Antwortfläche analysiert. Wenn die Antworten während 15–30 Minuten (Basislinie) stabil waren, wurden Testverbindungen den Perfusionslinien während einer Dauer von ungefähr 15 Minuten zugesetzt. Die Perfusion wurde dann wieder zu regulären ACSF rückgestellt.
Ein paarweiser Stimulationspuls wurde verwendet, da die Stimulation der SC-Fasern teilweise Interneuronen, die ein inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) in den Pyramidalzellen von CA1 erzeugen, aktiviert. Dieses "feed foward IPSP" setzt typischerweise ein, nachdem das EPSP seinen Spitzenwert erreicht hat. Es beschleunigt die Repolarisierung und verkürzt die Abfallrate des EPSP und kann daher die Wirkungen der Testverbindungen partiell maskieren. Eines der relevanten Merkmale des feed-forward-IPSP ist, dass es während mehreren 100 ms nach einem Stimulationspuls nicht reaktiviert werden kann. Dieses Phänomen kann vorteilig verwendet werden, um das IPSP durch Verabreichung von gepaarten Pulsen, die durch 200 ms getrennt sind, und Verwendung der zweiten ("primed")-Antwort für eine Datenanalyse zu eliminieren.
Es ist bekannt, dass das Feld-EPSP, das nach Stimulation von CA3-Axonen im Feld CA1 aufgezeichnet wird, durch AMPA-Rezeptoren vermittelt wird: Die Rezeptoren sind in den Synapsen vorhanden [Kessler et al., Brain Res. 560: 337–341 (1991] und Arzneimittel, die selektiv den Rezeptor blockieren, blockieren selektiv das Feld-EPSP [Muller et al., Science, aaO]. Aniracetam erhöht die mittlere Öffnungszeit des AMPA-Rezeptorkanals, und wie es hieraus erwartet wird, erhöht es die Amplitude des synaptischen Stroms und verlän gert es seine Dauer [Tang et al. Science, aaO]. Diese Wirkungen werden in dem Feld EPSP widergespiegelt, wie es in der Literatur berichtet wurde [siehe beispielsweise Staubli et al., Psychobiology, aaO; Xiao et al., Hippocampus aaO; Staubli et al., Hippocampus 2: 49–58 (1992)]. Ähnliche Ergebnisse wurden für die früher offenbarten stabilen Benzamidderivate von Aniracetam berichtet [Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 94/02475 (PCT/US93/06916) (Lynch und Rogers, Regents of the University of California)].
Die erfindungsgemäßen Verbindungen wurden in dem oben beschriebenen physiologischen Testsystem zur Erzeugung der unten in Tabelle 1 dargestellten Daten getestet. Ferner wurde auch eine Verbindung, der die Starrheit der Benzoxazine der vorliegenden Erfindung fehlt, als fünfter Eintrag angeführt. Dies dient als Vergleich, der den signifikanten Aktivitätsanstieg, der von dem Ausschluss der zwei Rotationsfreiheitsgrade, die dem nicht-starren Benzylpyrrolidinon zu eigen sind, herrührt, erläutert (vergleiche den 20%igen Anstieg der Antwort bei 300 μM von Verbindung 1 mit 20% bei 2 mM für das Benzylpyrrolidinon).
Es ist auch bedeutend, zu erkennen, dass die Imidstruktur von Verbindung 4, die als ein starres Modell von Aniracetam betrachtet werden kann, in dem Schnittmodell bei 300 μM inaktiv ist. Unter Betrachtung der biologischen Aktivität, die für Benzamide, in denen eine einzige Carbonyleinheit an den aromatischen Ring angrenzt, gezeigt wurde (Rogers et al., U.S. Pat. Nr. 5 650 409) gezeigt wurde, würde man eine geringe oder keine Aktivität der Acylbenzoxazine der vorliegenden Erfindung erwarten. Es ist nun jedoch offensichtlich, dass die Gegenwart von zwei Carbonylgruppen in der starren Benzoxazinstruktur (um ein Imid bereitzustellen) ungünstig für biologische Aktivität ist, wohingegen eine einzige Carbonyleinheit in einer der beiden Positionen ausreichend ist. Weiter war es unerwartet, dass die Carbonylgruppe in der α-Position zu dem Stickstoff und in der γ-Position zu dem aromatischen Ring (im Gegensatz zu den Verbindungen, die in dem U.S. Patent Nr. 5 650 409 offenbart sind) eine beträchtlich größere Bioverfügbarkeit und eine erhöhte Aktivität erzeugte.
Die ersten zwei Datenspalten von Tabelle 1 zeigen die Halbwertszeit die Plasmaclearance (58 min) und die Bioverfügbarkeit (100%) in der Ratte für die Verbindung von Beispiel 1. Diese Daten können mit denen des entsprechenden Benzamids (Beispiel 1 von U.S. Patent Nr. 5 736 543, erteilt am 7. April 1998), das eine Halbwertszeit bzw. Bioverfügbarkeit von 31 min bzw. 35% zeigt, verglichen werden. Die dritte Spalte zeigt die Größe der Erhöhung der Amplitude des EPSP bei den geringsten Konzentrationen, die eine signifikante Erhöhung erzeugten. Die Eigenschaft einer Verbindung, eine Erhöhung der EPSP-Antwort zu erzeugen, hat eine zuverlässige Voraussagefähigkeit für die Fähigkeit, das Gedächtnis in der 8-armigen-radialen-Irrgarten-Aufgabe zu verbessern. Die letzte Spalte von Tabelle 1 beschreibt die Schwellendosis für die potenteste Verbindung zur Erhöhung des Gedächtnisses bei Ratten, die in einem Lernmuster unter Verwendung eines 8-armigen-radialen-Irrgartens, wie es in Staubli et al. PNAS 91: 1158–1162 (1994) beschrieben ist, getestet wurden.
Tabelle 1

*: Plasma-Clearance nach iv-Verabreichung bei Ratten
": AUC für eine orale Verabreichung als prozentualer Anteil der AUC bei iv-Verabreichung
+: prozentualer Anstieg der Amplitude der EPSP-Antwort
⧧: minimale wirksame Dosis zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Ratten in dem acht-armigen-radialen-Irrgarten
α: NT = nicht getestet

Claims

Verbindung mit der Struktur:
worin: X¹ und X² unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, -NR² ₂, -OR³ und -CH₂OR³; oder X¹ und X² zusammen -OCR⁴ ₂O-, -OC₂R⁴ ₄O-, -OC₂R⁴ ₂O-, -N=CR⁵CR⁵=N-, -OCR⁶=N-, =N-O-N= oder =N-S-N= bilden; jede auftretende Gruppe R in der (CR₂)-Einheit unabhängig voneinander H, Halogen, Cyano, Hydroxy, C₁-C₆-Alkoxy, C₁-C₃-Fluoralkoxy, Thiol, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Alkoxyalkyl, C₆-C₁₂-Aryl, C₃-C₁₂-Heteroaryl, C₇-C₁₂-Arylalkyl, C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl, C₆-C₁₂-Aryloxy, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkoxy, C₄-C₁₂-Heteroarylalkoxy, Carboxyalkyl ist oder beide R-Gruppen zusammen =O sind; jede auftretende Gruppe R¹ unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, Aryl, Heteroaryl, Arylalkyl oder Heteroarylalkyl ist; jede auftretende Gruppe R² unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₆-C₁₂-Aryl, C₃-C₁₂-Heteroaryl, C₇-C₁₂-Arylalkyl, C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl ist oder beide R²-Gruppen zusammen einen Carboxylring, der das Stickstoffatom umfasst, bilden; jede auftretende Gruppe R³ unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Rlkoxyalkyl, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkyl oder C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl ist; jede auftretende Gruppe R⁴ unabhängig voneinander H, Halogen, Cyano, Carboxyalkyl, Carboxamido, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Alkoxyalkyl, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkyl oder C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl ist; jede auftretende Gruppe R⁵ unabhängig voneinander H, Cyano, Hydroxy, C₁-C₆-Rlkoxy, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Alkoxyalkyl oder C₇-C₁₂-Arylalkyl, C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl, C₆-C₁₂-Aryloxy, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkoxy oder C₄-C₁₂-Heteroarylalkoxy ist; jede auftretende Gruppe R⁶ unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₇-C₁₂-Arylalkyl oder C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl ist; und n 1, 2, 3 oder 4 ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, worin die beiden Gruppen X¹ und X² zusammengenommen -OCR⁴ ₂O-, -OC₂R⁴ ₄O- oder -OC₂R⁴ ₂O- sind; und n 2 oder 3 ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, worin die beiden Gruppen X¹ und X² zusammengenommen -N=CR⁵CR⁵=N- sind; und n 2 oder 3 ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, worin die beiden Gruppen X¹ und X² zusammengenommen -OCR⁶=N- sind; und n 2 oder 3 ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, worin die beiden Gruppen X¹ und X² zusammengenommen =N-O-N= oder =N-S-N= sind; und n 2 oder 3 ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 5, worin die beiden Gruppen X¹ und X² zusammengenommen =N-O-N= sind.
Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin jede auftretende Gruppe R in der (CR₂)-Einheit unabhängig voneinander H, Fluor, Cyano, Hydroxy, C₁-C₆-Alkoxy, C₁-C₃-Fluoralkoxy, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Alkoxyalkyl, C₃-C₁₂-Heteroaryl, C₇-C₁₂-Arylalkyl, C4-C₁₂-Heteroarylalkyl, C₆-C₁₂-Aryloxy, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkoxy, C₄-C₁₂-Heteroarylalkoxy ist oder beide R-Gruppen zusammen =O sind; und jede auftretende Gruppe R¹ unabhängig voneinander H, Arylalkyl oder Heteroarylalkyl ist; und jede auftretende Gruppe R⁴ unabhängig voneinander H, Fluor, Cyano, Carboxyalkyl, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Alkoxyalkyl, C₇-C₁₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁ ₂-Arylalkyl oder C₉-C₁ ₂-Heteroarylalkyl ist.
Verbindung gemäß Anspruch 3, Anspruch 4 oder Anspruch 6, worin jede auftretende Gruppe R unabhängig voneinander H, Fluor, Cyano, Hydroxy, C₁-C₆-Alkoxy, C₁-C₃-Fluoralkoxy, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₃-Fluoralkyl, C₂-C₆-Rlkoxyalkyl, C₃-C₁ ₂-Heteroaryl, C₇-C₁ ₂-Arylalkyl, C₄-C₁₂-Heteroarylalkyl, C₆-C₁ ₂-Aryloxy, C₇-C₁ ₂-Aryloxyalkyl, C₇-C₁ ₂-Arylalkoxy, C₄-C₁ ₂-Heteroarylalkoxy ist oder beide R-Gruppen zusammen =O sind; und jede auftretende Gruppe R¹ unabhängig voneinander H, Arylalkyl oder Heteroarylalkyl ist.
Verbindung gemäß Anspruch 1, nämlich 5a,6,7,8-Tetrahydro-1,3-dioxolo[4,5-g]pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-8-(10H)-on.
Verbindung gemäß Anspruch 1, nämlich 6a,7,8,9-Tetrahydro-1,4-dioxin[2,3-g]pyrrolo[2,1-b][1,3]benzoxazin-9 (11H) -on.
Verbindung gemäß Anspruch 1, nämlich 6a,7,8,9-Tetrahydro-1,4-dioxan[2,3-g]pyrrido[2,1-b][1,3]benzoxazin-10-(10H,12H)-dion.
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Medikaments zur Verbesserung der Leistung eines Subjekts bei sensorischmotorischen Problemen oder kognitiven Aufgaben, die von AMPA-Rezeptoren nutzenden Hirnnetzwerken abhängen, wobei die Stärke der Gedächtniskodierung durch das Subjekt verbessert oder die Gehirnfunktion bei Subjekten mit einem Mangel an der Anzahl der exzitatorischen Synapsen oder AMPA-Rezeptoren verbessert wird.
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Medikaments zum Verringern des Zeitaufwands, den ein Subjekt zum Lernen einer kognitiven, motorischen oder perzeptorischen Aufgabe benötigt, oder zum Erhöhen der Zeit, über die das Subjekt kognitive, motorische oder perzeptorische Aufgaben behält, oder zum Verringern der Menge oder Schwere von Fehlern, die von einem Subjekt beim Sickerinnern einer kognitiven, motorischen oder perzeptorischen Aufgabe gemacht werden.
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Medikaments zur Behandlung eines Menschen als Subjekt zum Verstärken der durch AMPA-Rezeptoren vermittelten synaptischen Reaktion.
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Medikaments zur Behandlung von Schizophrenie, schizoidem Verhalten oder Depression bei einem Menschen als Subjekt.
Pharmazeutische Zusammensetzung, die eine wirksame Menge von mindestens einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 16, die ferner einen pharmazeutisch akzeptablen Träger, ein pharmazeutisch akzeptables Streckmittel oder einen pharmazeutisch akzeptablen Zusatzstoff umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 16 oder 17, die zur oralen oder parenteralen Verabreichung angepasst ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 16 oder 17, die zur oralen Verabreichung angepasst ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung als Medikament.