ES2200499T3 - Derivados de fulerenos dendrimeros, procedimiento para la produccion y utilizacion como neuroprotectores. - Google Patents
Derivados de fulerenos dendrimeros, procedimiento para la produccion y utilizacion como neuroprotectores.Info
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Abstract
Derivados de fulerenos dendrímeros, en los que el fulereno está combinado con al menos una dendrona, caracterizado porque la o cada dendrona presenta al menos un grupo prótico, que transmite solubilidad en agua.
Description
Derivados de fulerenos dendrímeros, procedimiento
para la producción y utilización como neuroprotectores.
La invención se refiere a derivados de fulerenos
dendrímeros, es decir, fulerenos que están substituidos con una o
varias dendronas. Los fulerenos son compuestos de carbono de la
fórmula general C_{2(10+m)}, donde m es un número natural.
Contienen doce anillos pentagonales así como un número
discrecional, es decir, m, pero al menos dos anillos hexagonales de
átomos de carbono.
La superficie arqueada hacia fuera de los
fulerenos y la alineación provocada de esta manera de los electrones
\pi condicionan una fuerte reactividad frente a radicales libres
/1/. (Las citas de la literatura se indican al final de la
descripción). Así, por ejemplo, se conoce para el fulereno
Buckminster de C_{60} que agrega radicales muy fácilmente. Se
describe ka recepción de hasta 34 radicales metilo y se ha propuesto
a tal fin la designación "esponja de radicales" /1/.
Se conoce que los radicales hidroxilo y los
radicales hidroperóxido atacan en los sistemas biológicos a los
ácidos grados con preferencia varias veces insaturados. Este ataque
provoca una reticulación y polimerización de las estructura del
ácido graso. De esta manera, los radicales libres provocan también
un deterioro de las biomembranas, especialmente de las membranas de
células nerviosas, que se caracterizan por una porción
especialmente alta de ácidos grasos insaturados en sus lípidos. Como
consecuencia de la modificación de la estructura de los lípidos de
tales biomembranas, se puede producir una modificación de las
permeabilidades de la membrana, una modificación de sus funciones
de transporte, cambios de su mecanismo de barrera, modificaciones de
sus actividades receptoras y pueden conducir a la muerte de la
célula nerviosa. La sobreestimulación de receptores de glutamato ha
conducido igualmente a la formación de radicales libres de oxígeno
y de radicales de óxido azoico /2-6/ y como
consecuencia al deterioro de células nerviosas y a la aparición de
determinados cuadros de enfermedades /7-10/.
Los interceptores de radicales se ocupan de la
eliminación de radicales libres perjudiciales, actúan como
antioxidantes y suprimen el deterioro de las células nerviosas y la
pérdida de función de neuromembranas. Por lo tanto, precisamente los
fulerenos con sus propiedades excelentes de interceptores de
radicales actúan como neuroprotectores y se pueden emplear para la
protección de membranas biológicas frente a las modificaciones
oxidativas. Sin embargo, el fulereno de C_{60} solamente es
soluble en muy pocos disolventes orgánicos como benceno y tolueno
y, por lo tanto, no se puede aplicar en membranas biológicas. Sin
embargo, la adición de grupos funcionales adecuados de C_{60}
debería mejorar la solubilidad en agua y, por lo tanto, también
posibilitar las utilización como antioxidantes en sistemas
biológicos. Los primeros resultados positivos se consiguieron con
C_{60} polihidroxilado /11/, se obtuvieron resultados mejores con
derivados del ácido malónico de C_{60}
[C(COOH)_{2}]_{3} sintéticos substituidos
tres veces, que presentan actividades neuroprotectoras tanto in
vitro como también in vivo /12/. La obtención descrita
en /12/ de los dos isómeros con simetría de C_{3} o bien D_{3}
se realizó según el método de Hirsch /13/ a través de
ciclopropanación triple de C_{60} con dietiléster del ácido
malónico, hidrólisis y purificación cromatográfica siguiente. Los
dos compuestos de ensayo mostraron fuerte afinidad con radicales
libres, como se pudo mostrar a través de espectroscopia EPR, e
inhibían la muerte excitotóxica de cultivos celulares de neuronas
corticales, que fueron excitadas a través de exposición a
N-metil-D-aspartato
(NMDA), a través de exposición a ácido
\alpha-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico
(AMPA) o a través de extracción de glucosa de oxígeno. El derivado
simétrico C3 redujo, además, la muerte neuronal apoptótica, que fue
inducida o bien a través de extracción de suero o exposición de
proteína A^{\beta}1-42. En todos los casos, el
regioisómero C_{3} mostró mayor actividad que el isómero D_{3},
lo que se puede atribuir a la mayor polaridad y, por lo tanto, a la
capacidad mejorada de la penetración de la membrana de lípidos
/12/.
Los derivados del ácido malónico mostraron,
frente a los fulerenos substituidos con polihidroxilo, una
actividad mejorada como interceptores de radicales, como con el
grado reducido de adición y, como consecuencia de ello, con una
preparación multiplicada de una superficie reactiva mayor con
solubilidad al agua mejorada implicada al mismo tiempo.
Además, se conocen a partir de /17/ fulerenos,
que están combinados con dendronas de poli(benciltérter).
Sin embargo, estos derivados de fulereno no insolubles en agua. En
/19/ se publican igualmente derivados de fulerenos dendrímeros, que
son insolubles en agua.
Frente a este estado de la técnica, la invención
tenía el cometido de mejorar adicionalmente la solubilidad en agua
de fulerenos o bien de derivados de fulereno, sin disminuir o bien
blindar al mismo tiempo, como en los casos conocidos hasta ahora,
la superficie relativa de C_{60} y, por lo tanto, reducir las
propiedades de intercepción de radicales.
Este cometido se soluciona según la invención a
través de derivados de fulereno, en los que el fulereno está
combinado con al menos una dendrona, caracterizado porque la o cada
dendrona presenta al menos un grupo prótico, que transmite
solubilidad en agua.
Como grupos próticos son adecuados los grupos
hidrófilos conocidos por el técnico, con preferencia -OH, -COOH,
-NH_{2}, -SO_{3}H, -PO_{3}H, NR_{4}^{+}, -NHOH, o
–SO_{2}NH_{2}, donde los cuatro restos R, que pueden ser
dependientemente los unos de los otros, respectivamente, idénticos o
diferentes, son H, alquilo o arilo. Son especialmente preferidos
-OH, -COOH, -NH_{2}. También se puede emplear el grupo -COH.
La solubilidad en agua de los derivados de
fulerenos según la invención puede ser a 25ºC y pH 7 mayor que 1
mg/ml, con preferencia mayor que 5 mg/ml, de manera especialmente
preferida mayor que 19 mg/ml, con preferencia mayor que 50 mg/ml,
especialmente preferido mayor que 100 g/l y muy especialmente
preferido mayor que 200 mg/ml.
Una dendrona en el sentido de la invención es un
producto de adición de la unidad nuclear C_{60}, que posee en el
extremo una ramificación como unidad estructural. Con ésta se puede
combinar de nuevo en cada caso la misma subunidad u otra subunidad,
en cuyo otro extremo se encuentra de nuevo igualmente una
ramificación. Según el grado de ramificación, se duplica, triplica
o multiplica de esta manera el número de las ramificaciones
siguientes y, por lo tanto, también el número de los grupos finales
funcionales (y solubles en agua). Cada "cáscara" simétrica
radial, que resulta a través del nuevo enlace de dendronas, se
designa como siguiente generación. Para poner a disposición más
superficie relativa para radicales, parece conveniente mantener las
dendronas necesarias para la solubilidad en agua a ser posible a
distancia del núcleo C_{60}, para impedir su
"recubrimiento". Esto se consigue a través de la adhesión de
dendronas de la primera generación a través de un llamado
"espaciador", es decir, una cadena de carbono de la longitud
C_{1} a C_{100} aproximadamente, con preferencia de C_{2} -
C_{10}, que sirve como "distanciador" para la primera
generación.
Como ramificaciones son adecuados sobre todo
elementos de tres o más enlaces, como por ejemplo segmentos de
moléculas N-, C-, P- Si o de varios enlaces, como arilo,
heteroarilo. El grado de la ramificación está con preferencia entre
dos y tres, el número de las generaciones puede estar entre 1 y 10
inclusive.
Las soluciones preferidas del cometido de la
invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.
Tanto características individuales como también varias
características publicadas en las reivindicaciones dependientes
pueden representar por sí solas o en combinación soluciones del
cometido planteado y las características individuales se pueden
combinar de forma discrecional también dentro de las categorías de
las reivindicaciones.
Una mejora frente a los ejemplos mencionados
anteriormente deberían presentar los monoaductos de fulerenos,
cuando su solubilidad en agua es suficientemente alta. Cuanto más
reducido es el grado de adición de los fulerenos, tanto mayor será
su superficie reactiva libre, que se muestra responsable de las
propiedades de intercepción de radicales. Pero tales monoaductos
deberían presentar una solubilidad al agua más reducida frente a
poliaductos, puesto que se reduce de una manera correspondiente el
número de los grupos hidrófilos. Este conflicto se soluciona a
través de los fulerenos según la invención, puesto que a través de
las ramificaciones que se encuentran más exteriores de las
generaciones más elevadas aumentan de nuevo opcionalmente en
solubilidad al agua.
Un compuesto preferido se representa en la
fórmula 1 (esquema 1). En este caso, se trata de derivados
ramificados dendrímeros de fulereno de C_{60}. Los dendrímeros
monosubstituidos de este tipo ofrecen la ventaja de que obtienen su
solubilidad característica al agua, independientemente del grado de
adición a través de la selección de grupos finales funcionales
adecuados. El número de las funciones, que contribuyen a la
solubilidad, de la cáscara dendrímera más exterior es predeterminado
al mismo tiempo a través del grado de ramificación y a través del
número de las generaciones de dendronas (ver la sección anterior).
Los elementos de ramificación de los ésteres de moléculas
individuales pueden representar, entre otros, con preferencia
ácidos \gamma- amino-triscarboxílicos del tipo
mostrado en la fórmula 1, ácidos
\alpha-aminodicarboxílicos, ácidos
\alpha-\varpi-diamino
carboxílicos, ácidos hidroxicarboxílicos, derivados del ácido
tartárico, polifenoles, componentes de hidratos de carbono del tipo
pentosa o hexosa, derivados de glicerina así como, en general,
compuestos polifuncionales. Los enlaces consecutivos de las ramas
dendrímeras individuales o bien de las generaciones individuales
corresponden entonces a enlaces de amida de ácido, enlaces de
péptido, enlaces de éster, enlaces del tipo depsipéptido según el
tipo de enlace de amida de ácido o de éster alternos de aminoácidos
e hidroxiáxidos, enlaces del tipo de glicerina y poliésteres o
poliéteres, polifeniléteres y glicosidos. Solamente en envolturas
dendrímeras de la tercera generación es previsible un perjuicio de
la superficie libre de fulereno a través de blindaje que, sin
embargo, en virtud de la capacidad de penetración ligera de
radicales libres pequeños, no tiene que conducir necesariamente a
una reducción de la actividad antioxidante. A través de la
selección de longitudes adecuadas de dos a seis átomos de carbono en
las cadenas espaciadoras se puede variar y garantizar,
respectivamente, adicionalmente la disponibilidad de la superficie
de fulereno. La utilización de cadenas largas de ácido graso en las
ramas individuales puede provocar adicionalmente una afinidad a las
cadenas de ácidos grasos de los lípidos dentro de la doble capa de
la membrana y de esta manera se puede esperar una intercalación
mejorada en membranas nerviosas y propiedades mejoradas de
intercepción de radicales.
\newpage
Esquema
1
La obtención de los compuestos de destino se
consigue a través de síntesis convergente, es decir, que la rama
dendrímera correspondiente es sintetizada por separado hasta la
primera, segunda, tercera o n generación y solamente al final se
enlaza a fulereno de C_{60} a través de una reacción de enlace
adecuada, como por ejemplo una ciclopropanación, reacción de
Diels-Alder, [3 + 2]-cicloadición ,
etc. Para la síntesis del dendrímero de fulereno de la primera
generación (ver el Ejemplo de preparación 8) según el Esquema 2 se
condensa el ácido \gamma-hidroxibutírico 2
protegido con O- bencilo con el ácido
\gamma-aminotriscarboxílico
[Behera-amina,
di-t-butiléster del ácido 4-
amino-4-(2-t-butiloxicarboniletil)-heptánico
3 (/14/, /15/, /18/)] a través de reacción con agentes de
condensación y activadores como, por ejemplo,
diciclohexilcarbodiimida [DCD], 1- hidroxibenzotriazol
[1-OH-BT], pero también con otras
carbodiimidas, compuestos N-hidroxi y otros. La
amida de ácido que resulta de ello
di-t-butiléster del ácido
[4-(4-benciloxi-butirilamino)-4-(4-t-butiloxicarboniletil)-heptánico
4] se puede proteger a través de hidrogenólisis o hidrólisis
cuidadora específica para obtener la amida de hidroxiácido libre
di-t-butiléster del ácido
[4-(4-hidroxi-butirilamino)-4-(2-t-
butiloxicarboniletil)-heptánico 5], sin que
en este caso sean afectados los grupos protectores de las funciones
carboxilo. La reacción siguiente de 5 con dicloruro de ácido
malónico y piridina u otras bases de nitrógeno conduce a la
dendrona 6 de la primera generación [momenclatura para el
polímero de cascada: 6-Cascada :
metano[2]:(2-aza-7-oxa-3,8-
dioxooctilidinas): tert-butiléster del ácido propánico], que
representa un dialquiléster del ácido malónico con enlace dendrónico
del tipo amida y con una cadena espaciadora de longitud C_{4}
entre la unidad de ramificación y el resto malonato. A través de la
selección de otros ácidos
\omega-hidroxicarboxílicos 2 protegidos con
bencilo, como por ejemplo ácido
3-hidroxipropiónico, ácido
5-hidroxivaleriánico o ácido
6-hidroxihexánico se puede acortar o prolongar
opcionalmente también la cadena espaciadora. De acuerdo con un
procedimiento descrito por nosotros /16/ se puede ciclopropanar
C_{60} en presencia de CBr4 y DBU/cloruro de metileno con sintona
6. Los grupos protectores tert-butilo del fulereno
dendrímero resultante
Esquema
2
[6-Cascada :
metano-C_{60}-fulereno [2] :
(2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctilidinas):
tert-butiléster del ácido propánico 7], se pueden disociar
fácilmente a través de hidrólisis, con preferencia con ácido
fórmico, de manera que se obtiene el fulereno dendrímero 8 soluble
en agua y funcionalizado con policarboxi que se puede utilizar como
neuroprotector. [6-Cascada :
metano-C_{60}-fulereno [2] :
(2-aza-7-oxa-3,8-
dioxooctilidinas): ácido propánico.
De una manera similar a la síntesis mostrada del
derivado de la primera generación 8 en el Esquema 2, se obtiene el
fulereno dendrímero 1 de la segunda generación
[18-Cascada :
metano-C_{60}-fulereno [2] :
(2-aza-7-oxa-3,8-dioxo
octilidinas):
(2-aza-3-oxopentilidinas):
ácido propánico] (ver el Ejemplo de preparación 1) (Esquema 3).
Como en el primer caso, se hace reaccionar el ácido
\gamma-amino-triscarboxílico
3 protegido con tert-butilo con el ácido
nitrotriscarboxílico 9 correspondiente, cuyo
tert-butiléter representa la etapa previa de
síntesis de 3 (15, 16), con DCC en presencia de 1
HO-BT y reducción siguiente con hidrógeno para
obtener la dendrona 10 de segunda generación [9- Cascada :
aminometan [3] :
2-aza-3-oxopentilidinas):
tert-butiléster del ácido propánico]. Las reacciones
análogas a la obtención de 8 conducen al enlace con al
espaciador 2, la aparición del diéster del ácido malónico
correspondiente y la ciclopropanación conducen a un derivado de
fulereno dendrímero protegido con carboxilo. La disociación similar
de los grupos protectores conduce al fulereno dendrímero 1 de la
segunda generación. Este último es ya muy bien soluble en agua (pH
> 7), MeOH y otros disolventes polares. En agua se ha medido
para el compuesto mencionado a 25ºC y pH 7 una solubilidad de
aproximadamente 34 mg/ml. A pH 10, la solubilidad era
aproximadamente 250 mg/ml.
\newpage
Esquema
3
Una tercera reacción de condensación entre el
derivado amino 10 y el ácido nitrotriscarboxílico 9 conduce a
una dendrona 11 de la tercera generación [27- Cascada : aminometan
[3] :
2-aza-3-oxopentilidinas)^{2}:
tert-butiléster del ácido propánico], que se puede hacer
reaccionar de nuevo a través de la prolongación de los espaciadores
en el reactivo de ciclopropanación 12 de la tercera
generación. La adición de fulereno C_{60} proporciona, en las
condiciones ya descritas, un dendrímero 13 de la tercera
generación con un C_{60} como unidad de núcleo. La desprotección
de los grupos tert-butilo proporciona de nuevo un
fulereno dendrímero soluble en agua [54-Cascada :
metanofulereno [2]:
(2-aza-7-oxa-3,8-dioxooctilidinas):
(2-aza-3-oxopentilidinas)^{2}
: ácido propánico 14] de la tercera generación, que debería
caracterizarse por propiedades de intercepción de radicales y
debería poseer propiedades protectoras de la membrana y
neuroprotectoras.
\newpage
Esquema
4
Ejemplos de preparación
La numeración de las substancias se deduce de
Esquema 2, donde el índice a designa el enlace
correspondiente de la segunda generación.
Se disolvieron 4,58 g de éster del ácido
aminocarboxílico 10 [9-Cascada :
aminometan][3]:2-aza-3-oxopentilidinas):
tert-butiléster del ácido propánico 10], 618 mg de
ácido 4-benciloxibutírico 2, 656 mg de
diciclohexilcarbodiimida [DCC] y 430 mg de
1-hidroxibenzotriazol
[1-HO-BT] en 50 ml de DMF y se hizo
agitar la solución en el transcurso de 24 horas a temperatura
ambiente. Después de la eliminación del disolvente a vacío, el
residuo fue absorbido en acetato de etilo y se lavó con ácido
clorhídrico frío al 10%, agua, solución de NaHCO_{3} al 10% y
solución de NaCl concentrado. Después de secar sobre MgSO_{4}, se
eliminó el disolvente a vacío y se purificó el producto bruto por
medio de cromatografía de columna (SiO_{2}, hexano / acetato de
etilo 1 : 1). Se obtuvieron 3,07 g de un polvo blanco (60%)
4a.
Si disolvieron 2,97 g de 4a en 100 ml de
etanol y se mezcló la solución con 100 mg de paladio / carbono
(10%). Se hidrogenó a temperatura ambiente y presión normal,
después de la filtración del catalizador se concentró la mezcla de
reacción a vacío y se obtuvieron 2,66 g (95%) de polvo blanco
5a.
Bajo nitrógeno como gas protector, se disolvieron
1,6 g de 5a y 83 mg de piridina libre de agua en 50 ml de
cloruro de metileno, se agitaron y se refrigeraron a 0ºC. Se
añadieron lentamente 73 mg de dicloruro del ácido malónico, se
agitaron en el transcurso de otras 2 horas a 0ºC y durante 12 horas
a temperatura ambiente. A continuación, se mezclaron con 50 ml de
cloruro de metileno y se lavaron con agua. Después de secar sobre
MgSO_{4} y después de la purificación por medio de cromatografía
de columna (SiO_{2}, ciclohexano / acetato de etilo) se
obtuvieron 425 mg (25%) de producto 6a.
En una atmósfera de nitrógeno se disolvieron 425
mg de 6 a, 98 mg de C_{60}, 45 mg de CBr4 y 23 mg de DBU en 100
ml de tolueno absoluto. Se hicieron agitar en el transcurso de 22
horas a temperatura ambiente, a continuación se separó el disolvente
a vacío y se purificó el residuo por medio de cromatografía de
columna. A tal fin se eluyó en primer lugar C_{60} no reaccionado
con tolueno y a continuación una mezcla de producto con tolueno /
acetato de etilo (1 : 1). Éste fue purificado adicionalmente con
HPLC. Se obtuvieron 110 mg (21%) de polvo marrón 7a.
Se disolvieron 100 mg de 7 en 15 ml de ácido
fórmico y se agitaron a temperatura ambiente. La reacción se terminó
al cabo de 20 horas. Después de la eliminación del ácido fórmico en
el vacío de la bomba de aceite, se obtuvieron 70 mg (95%) de un
polvo marrón rojizo 1.
1:^{1}H-RMN (400 MHz,
D_{2}O + K_{2}CO_{3}, 25ºC) \delta (ppm) 1.91 (m, 48 H),
2.13 (m, 52 H), 2.47 (t, 4 H), 4.78 (t,4 H);
^{13}C-RMN (100 MHz, D_{2}O + K_{2}CO_{3},
25ºC \delta (ppm) 23.96, 30.95, 31.18, 31.64, 31.87, 32.06,
52.76, 58.21, 58.40, 67.62, 71.53, 138.56, 141.54, 141.79, 142.37,
143.26, 143.52, 143.58, 144.11, 144.47, 145.07, 145.17, 145.22,
145.26, 145.35, 145.60, 145.71, 165.79, 171.45, 174.51, 175.41,
182.78; FT-IR (KBr) v/cm^{-1} 3344, 3074,
2925, 2854, 2625 (ancho), 1712, 1654, 1542, 1458, 1414, 1268, 1231,
1206, 1103, 908, 814, 669, 527; UV-Vis (H_{2}O)
\lambda_{max} (\varepsilon) 257 (102615), 325 (30477), 425
(2077);
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Hirsch, A. (1997), 2238-2276.
Claims (10)
1. Derivados de fulerenos dendrímeros, en los que
el fulereno está combinado con al menos una dendrona,
caracterizado porque la o cada dendrona presenta al menos un
grupo prótico, que transmite solubilidad en agua.
2. Derivados de fulerenos según la reivindicación
1, caracterizados porque el número de los grupos próticos,
que transmiten solubilidad al agua, es mayor que 4, con preferencia
20, de manera especialmente preferida 30 y muy especialmente
preferido 40.
3. Derivados de fulerenos según la reivindicación
1 ó 2, caracterizados porque el o cada grupo prótico, igual
o diferente, está seleccionado de un grupo que consta de -OH,
-COOH, -NH_{2}, -SO_{3}H, -PO_{3}H, NR_{4}^{+}, -NHOH, -
SO_{2}NH_{2}, donde los cuatro restos R, que pueden ser
dependientemente los unos de los otros, respectivamente, idénticos
o diferentes, son H, alquilo o arilo.
4. Derivados de fulerenos según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque los
elementos de ramificación de la o de cada dendrona, iguales o
diferentes, están seleccionados a partir de un grupo que consta de
ácidos
\gamma-amino-triscarboxílicos,
ácidos \alpha-aminodicarboxílicos, ácidos
\alpha-\varpi-diamino
carboxílicos, ácidos hidroxicarboxíllicos, derivados del ácido
tartárico, polifenoles, componentes de hidratos de carbono del tipo
pentosa o hexosa, derivados de glicerina.
5. Derivados de fulerenos según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque su
solubilidad en agua a 25ºC y pH 7 es mayor que 1 mg/ml.
6. Procedimiento para la producción de compuestos
según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en
una primera etapa se producen las dendronas y en una segunda etapa
se unen al fulereno por productos de adición.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque se producen dendronas en una síntesis
convergente.
8. Agente que contiene compuestos según una de
las reivindicaciones 1 a 5 para fines terapéuticos.
9. Agente que contiene compuestos según una de
las reivindicaciones 1 a 5 como neuroprotector.
10. Utilización de derivados de fulerenos según
una de las reivindicaciones 1 a 5 para la producción de
medicamentos para combatir enfermedades, en las que radicales
libres actúan perjudicialmente sobre el organismo a tratar.
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