Anstoß zu Beginn dieser Arbeit war die schwach partiell agonistische Aktivität der Verbindung 48. Daher sollten durch die Synthese und Testung diverser Analoga mögliche strukturelle Voraussetzungen für den Agonismus oder Antagonismus am 5-HT3-Rezeptor gefunden werden. Dadurch lassen sich eventuell neue Erkenntnisse zur Struktur des Rezeptors und dessen Wirkungsweise gewinnen.
Bei den offenkettigen Amin-Derivaten kann man erkennen, dass kleinere Substituenten eher einen antagonistischen Effekt am Rezeptor hervorrufen (30, 31, 32, 37). Bei größeren Substituenten, wie sie beim Butylamin- (33), Isopropylamin- (35), Isobutylamin- (36) und Diethylamin-Derivat (38) vorhanden sind, konnte eine agonistische Aktivität festgestellt werden. Eine weitere Vergrößerung verursachte den Verlust der agonistischen Aktivität, und es konnte zum Teil wieder eine antagonistische Aktivität bestimmt werden.
Ringe verschiedener Größe in Nachbarschaft zur Aminfunktion führten in fast allen Verbindungen zu mehr oder weniger schwachen Antagonisten. Ausnahme davon ist das Cyclopentylamin-Derivat 42, welches als partieller Agonist wirkt.
Interessant waren die Auswirkungen einer Veränderung der Ringgröße bei den cyclischen Amin-Derivaten. Ausgehend von dem schwachen Agonisten 48, der als Substituent den Piperidinring besitzt, führte eine Verkleinerung des Ringes zu
antagonistischen Verbindungen, während eine Vergrößerung des Ringes zu stark agonistischen Molekülen führte. Schon das Hexamethylen-Derivat (Azepan-) konnte die Aktivität des Leitmoleküls 48 um mehr als 1,5 Zehnerpotenzen übertreffen und das Heptamethylen-Derivat (Azocan-) übertrifft die Wirkung um etwa 2 Zehnerpotenzen.
Daher sollte das Heptamethylen-Derivat als neue Ausgangsverbindung für die weitere Forschung nach Agonisten am 5-HT3-Rezeptor dienen.
Einführung sterisch anspruchsvoller Substituenten an der C4-Position des Piperidinringes führte meist zu schwachen Antagonisten. Interessant waren die Verbindungen 55 und 56. Während das 4-Hydroxymethylpiperidin-Derivat 55 schwach agonistische Tendenzen zeigte, konnte mit dem entsprechenden 4-Thiomethyl-piperidin-Derivat 56 ein relativ starker Antagonist gewonnen werden.
Bei den hydroxylierten Pyrrolidin- und Piperidin-Derivaten waren die Ergebnisse nicht ganz stimmig. Während eine Hydroxylierung des Piperidins am C3 eine agonistische Verbindung liefert (59), führt eine Hydroxylierung an C4-Position zu einer antagonistischen Verbindung (60). Dieses Verhalten kehrt sich durch den EInbau einer Methylengruppe um. Während das 3-Piperidinmethanol-Derivat 63/64 nun anta-gonistische Aktivität besitzt, verhält sich das 4-Piperidinmethanol-Derivat 61 als Agonist. Eine weitere Verlängerung um eine Methylengruppe zum 4-Piperidinethanol-Derivat 62 führt wieder zu einem Antagonisten. Die Stereochemie an der C3-Position des Pyrroldinrings bzw. des Piperidinrings scheint hier keinen Einfluss auf die Aktivität zu haben, da sowohl die Diasteroemerengemische 63/64 als auch 65/65 eine ähnliche Aktivität besitzen.
Der Austausch des Kohlenstoffatoms an der C4-Position des Piperidinrings der Verbindung 48 durch ein weiteres Heteroatom führt zum Verlust der agonistischen Aktivität und zu Verbindungen, die zu den Antagonisten zu zählen sind.
Durch die Testung von enantiomerenreinen Methylpyrrolidin- und Methylpiperidin-Derivaten kann man Rückschlüsse auf den Einfluss der Stereochemie gewinnen. Da die Verbindungen nur eine relativ geringe Aktivität besitzen, können keine eindeutigen Aussagen getroffen werden. Bei allen Verbindungen dieser Gruppe hatte aber die Verbindung mit der (R)-Konfiguration der Methylgruppe am Ring und der (S)-Konfiguration an der C3-Position des Tetrahydrocarbazolons eine agonistische Wirkung (73, 77, 81), während die anderen Verbindungen eher antagonistische Tendenzen zeigten. Jedoch konnte auch bei Verbindung 82, welche enantiomer zu Verbindung 81 ist, eine agonistische Aktivität festgestellt werden. Allerdings ist die intrinsische Aktivität dieser Verbindung erheblich niedriger als bei Verbindung 81. Auch bei Verbindung 78 konnte eine geringe intrinsische Aktivität festgestellt werden. Sie
wurde allerdings aufgrund der sehr geringen intrinsischen Aktivität nicht weiter als Agonist charakterisiert. Erstaunlicherweise konnte bei dem racemischen 4-Methylpiperidin-Derivat der stärkste Agonismus in dieser Reihe festgestellt werden.
Die Ergebnisse aus den Versuchen mit den Indolylketon-Derivaten zeigen, dass die Flexibilität des Grundkörpers zu antagonistischen Verbindungen führt. Keines der synthetisierten Moleküle zeigte den Agonismus der Verbindung 48. Allerdings lassen sich wegen der limitierten Anzahl von Verbindungen in dieser Stoffklasse noch keine weiteren Aussagen zu Struktur-Wirkungsbeziehungen machen.
Für genauere Aussagen zur Stereochemie der Liganden sollten zunächst Liganden gefunden und verwendet werden, die einen stärkeren Agonismus besitzen. Diese können dann systematisch verändert werden, um eine noch bessere Wirkung zu erzielen. Als Ausgangsverbindung für weitere Untersuchungen kann die Substanz 50 verwendet werden, die die Leitverbindung 48 in ihrer Aktivität stark übertrifft.
Als pharmakologische Werkzeuge tragen selektiven 5-HT3-Agonisten zur Aufklärung der Rezeptorstruktur bei. Bis jetzt ist noch nicht klar, ob 5-HT3-Agonisten jemals für therapeutische oder diagnostische Verwendung geeignet sein werden. Viele Versuche deuten zwar darauf hin, allerdings konnten noch keine eindeutigen Ergebnisse gefunden werden. Um dies genauer zu untersuchen, werden hochselektive und potentere Agonisten benötigt.
5 Experimenteller Teil
5.1 Allgemeine Angaben
Wasserfreie Lösemittel wurden durch Versetzen des entsprechenden Lösemittels in p.a.-Qualität mit Molekularsieb 4 Å gewonnen oder frisch destilliert.
Alle Reaktionen mit wasserfreien Lösemitteln wurden unter Stickstoff oder Argon in getrockneten Kolben (acetongespült, 100 °C über mehrere Stunden) durchgeführt.
Zweiphasenextraktionen erfolgten im Scheidetrichter passender Größe.
Angaben zu Lösungen erfolgen in Massenprozent (%, m/m), die zu Mischungen von Flüssigkeiten in Volumenprozent (%, V/V).
Alle für die Synthese verwendeten Substanzen wurden von den Firmen Aldrich, Acros, Fluka, Merck, Lancaster / Alfa Asar, Sigma oder Maybridge bezogen.
Schmelzpunkte
Alle angegebenen Schmelzpunkte wurden mit dem Schmelzpunkt-Messgerät Büchi Melting Point B-545 (BÜCHI Labortechnik GmbH, Essen) ermittelt. Es handelt sich um korrigierte Werte.
Elementaranalysen
Elementaranalysen wurden von der Abteilung Zentrale Analytik – Elementaranalyse der Universität Regensburg mit dem Gerät Heraeus CHN Rapid ausgeführt. Von Ölen und Schäumen wurden keine Elementaranalysen durchgeführt und die Reinheit > 95%
NMR-spektroskopisch sichergestellt.
Alle Daten sind in Prozent angegeben und liegen innerhalb von ± 0,4% des theoretischen Wertes.
Massenspektrometrie
Die Aufnahme der EI- und CI-Massenspektren erfolgte mit einem Finnigan MAT SSQ 710 A (Finnigan, Bremen, Deutschland), die der ESI-Massenspektren mit einem ThermoQuest Finnigan TSQ 7000 (Finnigan, Bremen, Deutschland).
Bei der Auflistung der Daten ist zunächst die Massenzahl (m/z), dann die Art des Massenfragments und schließlich die relative Intensität in % angegeben.
IR-Spektroskopie
Die IR-Messungen wurden an dem Gerät Bruker Tensor 27 (Bruker Biospin GmbH, Rheinstetten) durchgeführt. Angabe der Wellenzahlen υ [cm-1].
Drehwerte
Die Drehwinkel der optisch aktiven Verbindungen wurden mit dem Gerät Perkin-Elmer 241 Polarimeter bei Raumtemperatur und 589 nm (D-Linien Natrium) bestimmt.
Angabe der Konzentration der Untersuchungslösungen [c] = g / 100 ml.
1H-NMR / 13C-NMR-Spektroskopie
Die Messungen wurden mit einem Bruker Avance 300-, 400- bzw. 600-Spektrometer (Bruker Biospin GmbH, Rheinstetten) bei Raumtemperatur aufgenommen. Als Lösemittel wurden DMSO-d6, CDCl3-d1, D2O-d2, MeOD-d4, als interner Standard TMS verwendet. Eine exakte Zuordnung der Protonen wurde nur dann durchgeführt, wenn die Struktur zusätzlich mittels COSY o.ä. Methoden verifiziert wurde, bzw. eine eindeutige Zuordnung durch Vergleichsspektren möglich war.
Auflistung der Daten in folgender Reihenfolge:
1H-NMR: Chemische Verschiebung (δ) in ppm gegenüber den internen Standard (TMS), Multiplizität (s: Singulett; d: Duplett; t: Triplett; q: Quartett; quin: Quintett;
sext: Sextett; m: Multiplett), Anzahl der Protonen, Kopplungskonstante (J) in Hertz (Hz) und Art der Protonen bzw. genaue Zuordnung.
13C-NMR: Chemische Verschiebung (δ) in ppm gegenüber den internen Standard (TMS), Zuordnung.
Dünnschichtchromatographie
Zur analytischen Dünnschichtchromatographie wurden Kieselgel 60 F254-Folien (Merck, Darmstadt) verwendet. Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlänge 254 nm / 366 nm, bzw. mit Hilfe einer Iodkammer.
Zur präparativen Dünnschichtchromatographie wurden Kieselgel 60 F254 -PSC-Fertigplatten, 1 mm (Merck, Darmstadt) verwendet.
Säulenchromatographie
Für die präparative Säulenchromatographie wurde Kieselgel Geduran SI 120 (Merck, Darmstadt) verwendet.
Rotationschromatographie
Chromatotron®Harrison Research Model 8924T, Kieselgel 60PF254 gipshaltig (Merck, Darmstadt), Schichtdicke 2 mm (Auftragemenge 50 mg) oder 4 mm (Auftragemenge 100 mg)