Syntetická cesta k ingenolu
Ingenol je
diterpenoidná látka unikátnej
štruktúry,ktorá sa vyznačuje
protirakovinovou
®
aktivitou. Jej esterový derivát je na trhu dostupný pod názvom Picato na
liečbu seboroickej keratózy (AK – actinic keratosis), ochorenia ktoré postihuje
pokožku. [1]
Štruktúra
a biologická aktivita
Polykyslíkatý diterpenoid, ingenol, obsahuje vo svo jej štruktúre 4
kondenzované cykly (a-d). V spodnej časti molekuly kruhov a,b sa nachádzajú 4
hydroxylové skupiny, z ktorých 3 sa nachádzajú na navzájom susediacich
uhlíkových atómoch nosného skeletu. Súčasne sa tiež na „periférii“ molekuly
(kruhy a,c,d) nachádzajú 4 methylové skupiny. Jedno chirálne kvartérne centrum
naviazané na 4 uhlíkové atómy (“all carbon” chiral quaternary centre C) sa nachádza na spojnici kruhov a,b,c. Kruhy b, c
spolu utvárajú in,out-[4.4.1]bicykloundekánový
skelet, ktorý je viac pnutý ako obvyklejšia out,
out konfigurácia.
Všetky tieto štruktúrne vlastnosti robia ingenol komplexnou molekulou, ktorá sa stala syntetickou výzvou organických chemikov. Štruktúra tejto molekuly bola určená na základe RTG analýzy v roku 1970 (Hecker), iba dva roky po jej izolácii z rastliny Euphorbia Ingens. Súčasné zdroje ingenolu predstavuje priama izolácia z Euphorbia peplus (mliečnik okrúholistý) a semisyntetická príprava z ingenolu. Dostupné metódy priamej izolácie vedú k nie uspokojujúcim výťažkom:
Vý ťažok izolácie na 1 kg
rastlinného zdroja
- 1,1 mg ingenol mebutate na 1 kg Euphorbia peplus
- 275 mg
ingenol na 1 kg Euphorbia lathryis
Ingenol a estery od neho odvodené vykazujú dôležitú protirakovinovú
aktivitu (in vivo) a anti-HIV aktivitu (in vitro). [2]
Komerčne dostupný produkt Picato ® (ingenol mebutate) sa používa pri lie čbe seboroickej keratózy (Actinic
Keratosis-AK) ochorenia, ktoré postihuje pokožku. Jedná sa o pre-rakovinové
ochorenie pokožky, ktoré sa môže rozvinúť až do štádia rakoviny kože. [2] Picato® účinkuje na rakovinové lézy.
Rapídne zvyšuje odumieranie buniek. Presný mechanizmus účinku nie je známy, ale
má sa za to, že aktívna látka má pleiotický efekt, ktorý inhybuje rast tumoru a
indukuje odumieranie rakovinových buniek v iacerými mechanizmami.
Picato® sa dávkuje ako 0.05% a 0.015% gél. Priehľadný gél sa nanesie a jemne
rozotrie na postihnutom mieste. Takto sa používa raz za de ň po dobu 2-3 dní.
Vytvorí sa pľuzgierik a zanedlho je možné suchú „odumretú“ kožu odstrániť. V
porovnaní s ostatnými produktmi je doba lie čby AK Picatom® kratšia. Dermatológovia ozna čujú
tento prípravok
ako „miracle medicine“. [3]
Liečivo
|
Doba
liečby
|
dávkovanie
|
Cena liečby [4]
|
Picato®
|
2-3 dni
|
1x denne
|
$ 766
|
Carac®
|
do 4 týžd ňov
|
1x denne
|
$ 467
|
Efudex®
|
2-4 týždne
|
2x denne
|
$ 288
|
Zyclara®
|
4 týždne + 2 týždne prestávka uprostred
|
1x denne
|
-
|
Solaraze®
|
12 týžd ňov
|
2x denne
|
$ 1860 - 2800
|
Syntéza
Komplexná štruktúra a biologická aktivita ingenoluje syntetickou výzvou.
Od izolácie ingenolu a jeho štruktúrnej charakterizácie bolo uskutočnené 3
totálne syntézy a jedna formálna syntéza (do roku 2012). Všetky postupy
vyžadovali 37 až 45 reak čných krokov. [5]
Autor,
rok
|
Kľúčový
krok
|
Po čet
krokov
|
Vý ťažok
|
|
Winkler, 2002
|
[2+2]fotocykloadícia
|
43 krokov
|
0,007 %
|
|
Tanino/Kuwijama,
|
Pinacolový prešmyk
|
45
krokov
|
0,03 %
|
|
2003
|
||||
Wood, 2004
|
RCM (ring close metathesis)
|
37 krokov
|
0,002 %
|
|
Kigoshi, 2004
|
RCM (ring close metathesis)
|
36 krokov
|
0,01 %
|
|
Baran, 2013
|
Dvojfázový postup (cyklizačná
|
14 krokov
|
1.2 %
|
|
a oxidačná
fáza) pinakol+
|
prešmyk
|
|||
Baranova
14-kroková syntéza (+)-ingenolu z (+)-3-carenu [1]
Baranova syntéza ingenolu vychádza z dostupného bicyklického monoterpénu
(+)-karénu.* K syntéze ingenolu bol využitý poznatok z biosyntézy ingenánových
terpenoidov. Geranylgeranyl pyrofosfát vzniknutý spojením DMAPP
(dimethylallylpyrofosfát) a IPP
(izopentylpyrofosfát) je casbene cyklázou cyklizovaný na casbene. Ďalšie
kroky biosyntetickej cesty katalizovanej enzýmami neboli zcela objasnené.
Množstvo prírodných látok obsahuje tiglianový skelet, a tak bolo navrhnuté, že
1,2-pinakolovým prešmykom bude možné docieliť ingenánový typ zlúčeniny.
Cyklizačná fázaje tvorená 7 krokmi, ktoré utvoria 7 C-C väzieb a 5stereocentier.
V prvom
kroku (a)
syntézy sa allylickou chloráciou radikálovo generuje chlór-derivát karénu s
terminálnym CH uskupením na 6-člennom kruhu. Ozonolytická reakcia (b) vedie 2
k zavedeniu keto-skupiny na 6-členný kruh. Reduktívna alkylácia vedie k
substitúci chloridu za methyl skupinu. V tomto kroku prebieha súčasne aj
aldolová reakcia, kedy jeα-methyl ketón atakovaný α-C karbaniónom (c). Následne
je ketoskupina 6-členného kruhu atakovaná ethynyl magnéziumbromidom za tvorby
alkoholu a naviazania ethynylovej funkcie (d). Obe hydroxylové skupiny boli
sililáciou ochránené akoBST- respektíve TMS-étery (e). Pauson-Khand reakciou v
atmosfére CO na katalýze [RhCl(CO)2]2 došlo k [2+2+1] cykloadícii za vzniku dienónu a utvorenia 5 a 7 členných
navzájom spojených kruhov (f). Grignardovou reakciou s methyl magnesiumbromidom
sa zaviedli súčasne methylová a hydroxylová skupina na krajný 5- členný kruh.
(g).
Oxidačná fázaje tvorená 7 krokmi, ktoré utvoria 4 C-O väzieb a
4stereocentrá. Reakcia oxidu osmičelého s
dvojnou väzbou 7-členného kruhu vedie k stereoselektívnej dihydroxylácii (h).
Tieto dve novovzniknuté hydroxylové skupiny sú ochránenéN,N-karbonyldiimidazolom (i). Kľúčovým krokom syntézy je vinylový
pinakolový prešmyk prebiehajúci za pr9tomnosti BF ·Et O (Lewisova báza) vedúci
k rozvoľneniu štruktúry a
3 2
utvoreniu in,out-[4.4.1]bicykloundekánového
skeletu (j). Allylickáoxidácia vedie k vytvoreniu hydroxylovej skupiny vedľa
methylovej skupiny 5-členného kruhu, ktorý je
následne ochránený acetylom (k). Hydroxyl skupina je odchránená
kyselinou fluorododíkovou (l). Eliminácia pomocou Martinovhosulfuránu vedie k
utvoreniu dvojnej väzby na 7- člennom kruhu a spoločne s bázickým odchránením
sa utvorí uskupenie troch
c
b
a
d
|
e
|
f
|
g
|
h
|
i
|
j
|
k
|
l
|
m n
o
Me
|
Me
|
|||||||
Me
|
Me
|
|||||||
Me
|
O
|
Me
|
O
|
|||||
Me
|
C
|
H
|
COOH
|
Me
|
H
|
|||
HOHO
|
Me
|
Me
|
O
|
OHO
|
||||
HO
|
OH
|
HO
|
OH
|
|||||
Me
|
||||||||
ingenol
|
angelic acid
|
Me
|
||||||
kyselina (Z)-2-methylbut-2-énová
|
ingenol mebutate (Picato)
|
|||||||
Záver
Baranova syntéza ingenolu je prvou efektívnou syntézou ingenolu použite ľnou
v priemyselnom merítku. [6]
Obdivuhodné zníženie počtu reakčných krokov potrebných
k príprave tejto štruktúrne komplexnej a biologicky aktívnej látky
dvojfázovým postupom v iba 14 krokoch otvorili tiež cestu k štúdiu nove j
skupiny látok „ingenánov“ a ich syntetických derivátov. Určitým spôsobom
poukazuje táto totálna syntéza na fakt, že domnienka, že bioinžinierstvo je
nadradené organick ej syntéze pri produkcii komplexných terpenoidov je nesprávna.
Túto syntézu som si vybral, pretože ma zaujala jej efektivita a
inšpirovanie sa v spôsobe ako príroda biosyntetizuje terpenoidné zlúčeniny
(cyklizačná a oxidačná fáza). Súčasne má ingenol, respektíve jeho ester
(ingenol mebutate) užito čnú biologickú aktivitu, o ktorej som sa dozvedel na
predmete „P řírodní látky“. Tiež som počas semestra narazil na pár článkov
týkajúcich sa totálnych syntéz od prof. Barana, ktoré ma zaujali a chcem sa k
ich hlbšiemu štúdia dostať počas leta.
Referencie:
1.
L Jørgensen et al, Science, 2013, DOI:
10.1126/science.1241606 http://openflask.blogspot.cz/2013/ (Ingenol – Behind the
Scences, August 1, 2013)
2.
Fidler B, Goldberg T. Ingenol
Mebutate Gel (Picato): A Novel Agent for the Treatment of Actinic Keratoses. Pharmacy and Therapeutics.
2014;39(1):40-46. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3956386/
http://picato.com/
3. McArthur
Genius Phil Baran https://www.youtube.com/watch?v=AEtxytGQijY
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3956386/table/t2-ptj3901040/
5.
J. D. Winkler, M. B. Rouse, M. F.
Greaney, S. J. Harrison, Y. T. Jeon, The first total synthesis of
(+/-)-ingenol. J. Am. Chem. Soc. 124,
9726–
9728
(2002). doi:10.1021/ja026600a pmid:12175229
K. Tanino, K. Onuki, K. Asano, M. Miyashita, T. Nakamura, Y. Takahashi,
I. Kuwaji ma, Total synthesis of ingenol. J. Am. Chem. Soc. 125, 1498–
1500
(2003). doi:10.1021/ja029226n pmid:12568608
A. Nickel, T. Maruyama, H. Tang, P. D. Murphy, B. Greene, N. Yusuff, J.
L. Wood, Total synthesis of ingenol. J. Am. Chem. Soc. 126, 16300– 16301 (2004). doi:10.1021/ja044123l pmid:15600313
K. Watanabe, Y. Suzuki, K. Aoki, A. Sakakura, K. Suenaga, H. Kigoshi,
Formal synthesis of optically active ingenol via ring-closing olefin
metathesis. J. Org. Chem. 69, 7802–7808
(2004).doi:10.1021/jo048833l pmid:15527 254
6.
Total synthesis outshines biotech
route to anticancer drug,, https://www.chemistryworld.com/news/total-synthesis-outshines-biotech-route-to-anticancer-drug/6447.article
*V pôvodnom článku [1] sa uvádza cena východzej látky
$10,2/mol(2013).
Comments
Post a Comment