2 Allgemeiner Teil
2.2 Synthesen
2.2.3 Synthese von BACE-Inhibitoren über E -Iodhydrine
Enantiomerenreinheit von (S,R)-97, seinem aus gleicher Reaktion stammendem Diastereomer (S,S)-97 und deren gemeinsamen Edukt Aldehyd 77 ausgegangen werden. Die Stereozentren konnten daher in der dargestellten Weise zugeordnet werden.
Es konnte außerdem von der leichter kristallisierenden Minderkomponente (S,S)-97 ein Einkristall gewonnen werden, der durch Röntgenstrukturanalyse die Zuordnung der Stereozentren ermöglicht (Abb. 45).
Zusammenfassung - Reaktivität von iPrMgCl/CH2I2. Das durch Halogen-Metall-Austausch von iPrMgCl mit Diiodmethan generierte Grignard-Reagenz reagiert mit Aldehyden in guten bis sehr guten Ausbeuten. Es erweist sich als ein sehr mildes und chemoselektives Reagenz, und unterscheidet sich darin z.B. von Organo-Lithium-Verbindungen: (a) Eine Reihe von Funktionalitäten sind ihm gegenüber resistent (z.B. Ketone, Ester), (b) Amide werden nicht deprotoniert, (c) die acide D-Position von Aldehyden wird nicht angegriffen. Das Reagenz verfügt über eine moderate Diastereoselektivität bei einem Angriff auf N-geschützte Aminoaldehyde. Das auf Iodoform basierende Grignard-Reagenz addiert ebenfalls an Aldehyde. Eine Addition an eine C-C-Doppelbindung wird jedoch weitgehend unterdrückt.
O O
NH OH
I (S,S)-97
Abb. 45. Kristallstruktur des leichter zu kristallisierenden Diastereomers (S,S)-97.
Zielstrukturen (Abb. 30) sind aus einem Isophthalsäuredipropylamid aufgebaut, das über seine zweite Carboxylfunktion mit einem Hydroxyethylamin verknüpft ist. Das unterschiedlich substituierte Isophthalamid und die Isomerenreinheit des Übergangszustands-isosters liegen im Mittelpunkt der Synthese.
Isophthalamide – Einführung verschiedener Substituenten. Die von Isophthalsäure abgeleiteten Zielstrukturen besitzen einerseits einen N3,N3-Dipropylsubstituenten, die andere Carboxylfunktion soll mit L-Phenylalaninol oder einem daraus abgeleiteten Derivat zu einem weiteren Amid umgesetzt werden. Um unterschiedliche Substituenten an Isophthalsäure einzuführen, wird in der Literatur anhand von 1,3-Pyridindicarbonsäure vorgeschlagen,[114]
deren Diester mit einem Äquivalent Kaliumhydroxid zur Halbsäure zu hydrolysieren. Dieser Ansatz wurde für die Isophthalsäurederivate übernommen (Abb. 46A).
Cl O Cl
O
nPr2N O
O O
102 O
O HO
O
101
a, b c, d
nPr2N OH
O O
103
N OH
O HO
O
N Cl
nPr2N
O O
108 nPr2N Cl
O O
104
c
A
B
N f nPr2N H
O O
105
OH
e
N N
nPr2N H
O O
109
OH
N O
O O
O
107
g b, c, d, e, c
f
(74%) (99%)
(82%)
(quant.) (93%)
(72%) (34%)
(70%) Ph
Ph 100
106
Abb. 46. A) Selektive Synthese von Isophthalsäurederivat 105 mit verschiedenen Amidresten. B) Analoge Reaktionsfolge ausgehend von Pyridin-2,6-dicarbonsäure 106. (a) MeOH, Et3N, (b) KOH (1.1 eq.), MeOH, RT, (c) SOCl2, CHCl3, (d) nPr2NH, CH2Cl2, (e) KOH, MeOH, Rückfluss, (f)L-Phenylalaninol, Et3N, CH2Cl2, 0°C, (g) SOCl2, MeOH.
Ausgehend von Isophthaloyldichlorid 100 wurde in Methanol als Lösungsmittel in Gegenwart von Triethylamin der Isophthalsäuredimethylester hergestellt, gefolgt von einer selektiven Hydrolyse mit 1.1 Äquivalenten Kaliumhydroxid in Methanol zu Halbester 101. Die freie Säure 101 wurde mit Thionylchlorid aktiviert und nach Isolation direkt mit Dipropylamin zu Amid 102 umgesetzt. Die Esterfunktion in 102 wurde mit Kaliumhydroxid zu 103 hydrolysiert, mit Thionylchlorid zu 104 aktiviert und weiter zu Diamid 105 umgesetzt. Die Synthesesequenz erlaubt extraktive Aufarbeitungen bei denen die Produkte leicht vom Edukt oder Nebenprodukten abgetrennt werden können. Dies gilt insbesondere für Halbsäure 103, die hier von möglicherweise durch zweifache Hydrolyse in Schritt 1 und Folgereaktionen entstandenem Diamid gereinigt werden kann. Die Gesamtausbeute der Reaktionsfolge über sieben Schritte beträgt 56%.
Ebenfalls zur Synthese von BACE-Inhibitoren diente das Diamid 109, ein Derivat der 1,3-Pyridindicarbonsäure106 (Abb. 46B). Diester 107 wurde durch Behandlung von 106 mit Thionylchlorid in Methanol gewonnen. Die weitere Synthese verläuft über die gleichen Stufen wie im vorangegangenen Beispiel über ein Carbonsäurechlorid (108). Alkohol 109 konnte in 17% Gesamtausbeute (ab 106) isoliert werden.
Erwähnt werden soll auch, dass eine kürzere Variante der Synthese zu einem unterschiedlich substituierten Isophthalsäurederivat aus der Säure bzw. ihrem Dichlorid möglich ist. Während sich eine Aufreinigung nach Amidierung nur eines Carboxylats als nicht durchführbar erwies, führte die Reaktionen von 100 mit Benzylalkohol ohne vorherige Isolierung gefolgt von L-Phenylalaninol (73) in moderater Ausbeute zu Derivat 110 (Abb. 47). Obwohl Verbindung 110 nur in präparativer Hinsicht Bedeutung für diese Arbeit hat, demonstriert ihre Synthese einen schnellen, direkten Zugang zu Isophthtalsäurederivaten mit ungleich substituierten Carboxylresten.
Cl O Cl
O
NH O O
O
Ph OH
1.) BnOH (1.2 eq.), Et3N Ph 2.)L-Phenylalaninol (73)
(55%)
100 110
Abb. 47. Beispiel für eine direkte Umsetzung vom Isophthalsäuredichlorid zum Diamid mit unterschiedlichen Substituenten.
Alkohol 105 wurde in sehr guter Ausbeute mit IBX zu Aldehyd 111 oxidiert (Abb. 48).
Hierbei wurden die unter Kap. 2.2.1 genannten Regeln zur Isolation enantiomeren- bzw.
diastereomerenreiner Aldehyde eingehalten. Aldehyd 111 wurde unter den allgemeinen Bedingungen (Abb. 37A) mit in iPrMgCl/CH2I2 in guten Ausbeuten zu 112 umgesetzt.
Die Reaktion verfügt über eine Diastereoselektivität von ds = 3:1 (HPLC, Rohprodukt). Aus Produkt 112 konnte durch weitere säulenchromatographische Reinigung das Haupt-diastereomer (S,R)-112 in Fraktionen mit Reinheiten von de > 98% (Ausbeute: 35%) isoliert werden.(S,R)-112(de = 100%) konnte bei Raumtemperatur oder Rückfluss in Gegenwart von K2CO3 in guter Ausbeute zu Epoxid 113 umgesetzt werden. Umso bemerkenswerter ist, dass der Versuch der Substitution des Iodids in (S,R)-112 durch ein Benzylamin Oxazin (S,R)-114 lieferte. Die unter wenigstens guten Ausbeuten verlaufende Zyklisierung ist unabhängig von der Art des Benzylamins vollkommen reproduzierbar.
NH nPr2N
O O
OH (a)
NH nPr2N
O O
O
111 (97%)
NH nPr2N
O O
OH I 105
112 (75% isoliert, ds = 3:1 vor Isolation) NH
nPr2N
O O
OH I
LC
NH nPr2N
O O
O (c)
nPr2N O
N
O OH
Ph (S,R)-114 (81%)
O N
O O
OH NH2
115 (92%) 113 (74%)
(e)
(b)
(d)
Ph Ph
Ph Ph
Ph
Ph (S,R)-112 (21% de = 100%,
14% de = 98%)
Abb. 48. Synthese E-Iodhydrins 112 und Folgereaktionen. Die Synthese zu Epoxid 113 gelang, während der Versuch der Substitution des Iodids durch ein Benzylamin stattdessen zum nicht erwünschten Produkt 114 in hohen Ausbeuten führte. (a) IBX, DMSO, (b) iPrMgCl, CH2I2, THF, -78°C / 15 min, 0°C / 1 h, (80%), (b) Et2NH (10 eq.), EtOH, Rückfluss, (95%), (c) K2CO3, MeCN, RT, (d) 1-Phenylethanamin, THF, Rückfluss, (e) TFA, THF/Wasser, 80°C - RT.
(S,R)-114 konnte durch saure Hydrolyse zu Ester 115 als einem schwachen BACE-Inhibitor geöffnet werden. (S,R)-114 ist konfigurativ stabil und kann in Lösung (Chloroform) epimerisierungsfrei gelagert werden.
Die konfigurative Zuordnung der Stereozentren von (S,R)-112 und dessen Folgeprodukten 113-115 erfolgte einerseits durch den Vergleich der 13C-NMR-Signale der beiden Diastereomere 112 mit denen von 94 und 97, wobei sich besonders das Signal des sekundären Alkohols (G (S,R) < 72.0 ppm, G (S,S) > 73.0 ppm) sowie das der benzylischen Position (G(S,R) > 38.0 ppm, G (S,S) < 35.5) des Phenylalanin-Derivates in gleicher Weise unterscheiden. Diese Beobachtung trifft auch auf die Diastereomere von Iodhydrin 117 zu (Abb. 50). Anderseits konnte eine kleine Menge an (S,S)-114 auf analoge Weise wie sein Diastereomer (S,R)-114 gewonnen werden. Dies ermöglichte den Vergleich dieser beiden Diastereomere durch verschiedene NMR-Experimente.
Im 13C-NMR-Spektrum von (S,R)-114 sind die Signale der protonentragenden Kohlenstoffatome sowie der benzylischen Position tieffeldverschoben. Konformations-berechnungen (PERCH® NMR Software) sagen eine pseudoaxiale Position der OH-Gruppe (intramolekulare H-Brücken) für die Niedrigenergiekonformere beider Diastereomere voraus.
Außerdem wäre der Benzylsubstituent in (S,R)-114 pseudoäquatorial und in (S,S)-114 pseudoaxial ausgerichtet (Abb. 49). Im jeweils betrachteten Oxazin resultiert daraus für die Stellung der CH2-Gruppen zueinander: (a) anti in (S,R)-114 und (b) gauche in (S,S)-114. Die im 13C-NMR-Spektrum beobachtete Tieffeldverschiebung von (S,R)-114 bzw. die Hochfeldverschiebung von (S,S)-114 könnte somit durch einen J-Effekt[113] erklärt werden.
Die vorausgesetzten Konformationen bzw. Konfigurationen werden durch den NOE der beiden Isomere bestätigt.
O N
OH H H
H H Ar Ph HH
O N
H H
OH H H Ph
H H
Ar
(S,R)-114 (S,S)-114 NOE
NOE
Abb. 49. Schematische Darstellung der bevorzugten Konformere der Oxazinringe von (S,R)-114 (links) und (S,S)-114 (rechts). Der maßgebliche beobachtete NOE ist eingezeichnet (blau). Der jeweilige NOE wird nur in einem Diastereomer beobachtet.
Erstens kann für (S,R)-114 kein NOE zwischen der benzylischen CH2-Gruppe und der Methylengruppe des Oxazinringes beobachtet werden. Im Fall des Diastereomers (S,S)-114
liegt dieser NOE vor, die pseudoaxiale Stellung des Benzylsubstituenten führt also zu einer räumlichen Annäherung der betrachteten Protonen. Zweitens kann für (S,R)-114 ein NOE zwischen der CH-Gruppe am Benzylsubstituenten und der CH2-Gruppe des Oxazinringes beobachtet werden. Im Fall des Diastereomers (S,S)-114 wird hier kein NOE beobachtet. Dies ist durch die größere Entfernung aufgrund der pseudoäquatorialen Stellung des betrachteten Protons zu erklären.
Die analoge Synthese von Epoxid 118 bzw. Oxazin 119 verlief ausgehend von Pyridinderivat 109 mit ähnlichen Ausbeuten und Beobachtungen. Die Synthese von Iodhydrin 117 aus Aldehyd 116 verlief unter deutlich höherer Diastereostereoselektivität (ds = 9:1, HPLC, Rohprodukt) als die von Isophthalsäurederivat 112.
N N
nPr2N H
O O
OH (a)
N N
nPr2N H
O O
O
116 (88%)
N N
nPr2N H
O O
OH I 109
117 (73% isoliert, ds = 88:12 vor Isolation )
N N
nPr2N H
O O
OH I
LC
N N
nPr2N H
O O
O (c)
nPr2N N O
N
O OH
Ph 119 (81%)
118 (84%)
(S,R)-117 (48% de = 100%)
(b)
(d)
Ph Ph
Ph Ph
Ph
Abb. 50. Synthese des E-Iodhydrins 117 und Folgereaktionen. Die Synthese zum Epoxid 118 gelang, während der Versuch der Substitution des Iodids durch ein Benzylamin stattdessen zum nicht erwünschten Produkt 119 in hohen Ausbeuten führte. (a) IBX, DMSO, (b) iPrMgCl, CH2I2, THF, -78°C / 15 min, 0°C / 1 h, (80%), (b) Et2NH (10 eq.), EtOH, Rückfluss, (95%), (c) K2CO3, MeCN, RT, (d) 1-Phenylethanamin, THF, Rückfluss.
Die Problematik einer Öffnung mit 112 oder 117 verwandter Epoxide durch Amine wird in einem Patent der Firma Pfizer aus dem Jahr 2006 berichtet:[53] Das Epoxid 120 wird zunächst mit Natriumiodid durch Öffnung seiner terminalen Position in den sekundären Alkohol
(S,S)-97 überführt (Abb. 51). Nach Entschützung und erneuter Kupplung an ein Benzoesäurederivat zu Amid 121 wird der Alkohol mit dem vicinalen Amidstickstoff zu einem N,O-Acetal 122 umgesetzt. Das auf diese Weise geschützte Amid ist zu einer Zyklisierung nicht in der Lage und ermöglicht die Reaktion zu Amin 123 und dessen Nachfolger 124. Alternativ wird eine Epoxidöffnung mit Aminen aus den Z- oder Boc-N-geschützten Derivaten durchgeführt, die keine weitere Schützung benötigen.[53] Diese Methode wurde bereits in Abb. 42 und 44 dargestellt.
NH Ph
Boc O N
H Ph Boc
OH I
Ph
OH I NH
O Ar
N O Ar
O Ph N I
O Ar
O Ph N NHR
H O Ar
a b, c
d
f e NHR
OH Ph
120 (S,S)-97 121
123 122 124
Abb. 51. Synthese von Hydroxybenzylaminen nach einem Patent der Firma Pfizer.[53] (a) NaI, Acetat-Puffer, EtOAc, (b) HF, MeCN, c) ArCOCl, Et3N, (d) Aceton, p-Toluolsulfonsäure (kat.), (e) NH2R, Rückfluss, (f) Salzsäure, MeOH.
Hierauf wurde auch bei der weiteren Synthese der Amine 7 und 133-135 zurückgegriffen. Die N-Boc-geschützten E-Iodhydrine (S,R)-97 und (S,S)-97 (Abb. 43) wurden mit verschiedenen Benzylaminen behandelt (Abb. 52). Die moderaten Ausbeuten der sekundären Amine 125-128 erklären sich durch die schwierige säulenchromatographische Trennbarkeit von den im Überschuss eingesetzten freien Benzylaminen. Die Amine wurden durch Behandlung mit Triflouressigsäure zu 129-132 entschützt und danach an das Isophthalsäurederivat 136 zu (S,S)-7, (S,R)-7 und 133-135 gekoppelt. 136 wurde durch Reaktion des Carbonsäurechlorids 104 mit HOBt hergestellt, um eine erhöhte Selektiviät gegenüber dem primären Amin in den Substanzen129-132 zu erreichen. Hervorgehoben werden soll hier die Synthese von bereits in den Kap. 2.2.1 und Kap. 2.2.2 erwähnten Amin 126, das drei Stereozentren enthält und somit als Nachweis der Enantiomerenreinheit von Alkohol 97 bzw. dessen Vorgänger Aldehyd 77 sowie den Substanzen 7 und 133-135 dient.
Vergleich der untersuchten Synthesewege von 7 und 133-135. Es wurden zwei Synthesewege zu den potentiellen BACE-Inhibitoren 7 und 133-135 untersucht. Der in Abb. 48 gezeigte Versuch der Synthese unter Einführung des Amins an den Alkohol als
terminalen Schritt hätte einen schnellen Zugang zu einer Vielzahl von isomerenreinen Hydroxyethylaminen ermöglicht. Wie beschreiben, bleibt diese Möglichkeit unter Zuhilfenahme einer Schutzgruppe für den Amidstickstoff bestehen. Interessant erscheint außerdem die Möglichkeit zur Synthese von Oxazin 114 oder Ester 115, die diastereomerenrein gewonnen werden konnten. Aufgrund der Erfahrungen mit anderen E-Iodhydrinen ist ein enatiomerenreines Vorliegen dieser Verbindungen wahrscheinlich. Die in Abb. 52 dargestellte Synthese von 7 und 133-135 macht eine Variation des Amins sehr aufwendig, ermöglicht jedoch die des Isophthalsäure-basierten Restes.
NH OH
I (S,R)-97 (de >99% ) (S,S)-97 (de >99% )
Boc N
H OH
NH
Boc R H2N
OH NH 2TFA· R
nPr2N Cl
O O
104 nPr2N O
O O
136 (nicht isoliert) N
N N (S,S)-125 (S,R)-125 n 126 (S,S) 127 (S,S) 128 (S,S)
129-132
NH nPr2N
O O
OH NH
R
(S,S)-7 (S,R)-7 s 133 (S,S) 134 (S,S) 135 (S,S)
a b
c
d
Ph Ph Ph
Ph R = 3-Methoxybenzyl (46%)3
R = 3-Methoxybenzyl (39%) R = (R)-1-Phenylethyl (54%) R = Benzyl (52%)
R = 4-Methoxybenzyl (49%)
R = 3-Methoxybenzyl (78%)3 R = 3-Methoxybenzyl (69%) R = (R)-1-Phenylethyl (80%) R = Benzyl (82%)
R = 4-Methoxybenzyl (38%)
Abb. 52. Synthese der potentiellen BACE-Inhibitoren 7 und 133-135. Zur erhöhten Selektivität gegenüber dem primären Amin wird das Chlorid 104 in einer vorausgehenden Reaktion mit HOBt umgesetzt. (a) Amin, THF, Rückfluss, (b) TFA, CH2Cl2, (c) HOBt, Et3N, CH2Cl2, (d) Et3N, CH2Cl2.