ΣΎΝΘΕΣΗ ΑΖΩΤΟΎΧΩΝ ΚΟΥΜΑΡΙΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΏΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΈΤΗ ΤΗΣ ΟΞΕΊΔΩΣΗΣ ΤΟΥΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΩΑΝΝΗ ΣΤ. ΛΑΦΑΖΑΝΗ Διπλωματούχου Χημικού Μηχανικού ΣΎΝΘΕΣΗ ΑΖΩΤΟΎΧΩΝ ΚΟΥΜΑΡΙΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΏΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΈΤΗ ΤΗΣ ΟΞΕΊΔΩΣΗΣ ΤΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

2 ΙΩΑΝΝΗ ΣΤ. ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΣΎΝΘΕΣΗ ΑΖΩΤΟΎΧΩΝ ΚΟΥΜΑΡΙΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΏΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΈΤΗ ΤΗΣ ΟΞΕΊΔΩΣΗΣ ΤΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών, (Εργαστήριο Οργανικής Χημείας) Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 11/06/2008 Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή Αν. Καθηγήτρια Κόταλη Αντιγόνη Επιβλέπουσα Καθηγητής Παπαγεωργίου Π. Βασίλειος Μέλος Τριμελούς Συμβ. Επιτροπής Καθηγήτρια Λιακοπούλου-Κυριακίδου Μαρία Μέλος Τριμελούς Συμβ. Επιτροπής Καθηγήτρια Στεφανίδου-Στεφανάτου Ιουλία Εξετάστρια Αν. Καθηγήτρια Μαλαμίδου-Ξενικάκη Ελισάβετ Εξετάστρια Αν. Καθηγητής Σπυρούδης Σπυρίδων Εξεταστής Επ. Καθηγητής Ζλατάνος Σπυρίδων Εξεταστής

3 Ιωάννης Στ. Λαφαζάνης Α.Π.Θ ΣΎΝΘΕΣΗ ΑΖΩΤΟΎΧΩΝ ΚΟΥΜΑΡΙΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΏΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΈΤΗ ΤΗΣ ΟΞΕΊΔΩΣΗΣ ΤΟΥΣ. ISB «Η έγκριση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής από το τμήμα Χημικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2)

4 Στη μνήμη της μητέρας μου

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... ix ΣΚΟΠΟΣ & ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ... xiii ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ Εισαγωγή Γενικά Ορισμός-ονομασία Ταξινόμηση φυσικών κουμαρινών Μέθοδοι παρασκευής Μέθοδος Perkin Μέθοδος Knoevenagel Αντίδραση Witting Αντίδραση Reformatsky Μέθοδος Pechmann Προσθήκη Michael Αντίδραση Vilsmeier-Haack Άλλες μέθοδοι Χημικές αντιδράσεις Αντιδράσεις με ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια Αντιδράσεις με πυρηνόφιλα αντιδραστήρια Αντιδράσεις με αναγωγικά αντιδραστήρια Αντιδράσεις με οξειδωτικά αντιδραστήρια Φωτοχημικές αντιδράσεις Άλλες αντιδράσεις Βιολογικές δράσεις κουμαρινών Αντικαρκινική δράση Αντι-HIV δράση Αντιφλεγμονώδης-Αναλγητική δράση Αντιοξειδωτική δράση Αντιθρομβωτική-Καρδιαγγειακή δράση Κουμαρίνη και λεμφοοίδημα ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ i

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1.5 Χρήσεις και εφαρμογές κουμαρινών ο-υδροξυαρυλο-κετονεσ Εισαγωγή Σύνθεση ετεροκυκλικών παραγώγων Με οξυγόνο Με άζωτο Με περισσότερα ετεροάτομα (Ο, Ν, S) Σύνθεση μη-ετεροκυκλικών παραγώγων Χαλκόνες ,3-δικετόνες Προϊόντα αναγωγής χλωρο-ο-υδροξυ-αρυλοκετόνες Αζωτούχα παράγωγα ,2-διακυλο- και 1,2,3-τριακυλοβενζόλια Εφαρμογές των ο-υδροξυ-αρυλοκετονών ΥΔΡΑΖΟΝΕΣ Ονοματολογία Φυσικές ιδιότητες Μέθοδοι παρασκευής Από αλδεΰδες & κετόνες Από ιμίνες Με επίδραση φωσφίνης ή αμμωνιακού σουλφιδίου Με επίδραση οργανομαγνησιακών σε διαζωενώσεις Από διαζωνιακά άλατα Με αλκυλίωση από διχλωροπαράγωγα Χημικές ιδιότητες Θερμότητα & ακτινοβολία Υδρόλυση Αντιδράσεις με οξέα Αντιδράσεις με βάσεις Αλκυλίωση ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ ii

7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Αντίδραση με αλδεΰδες & κετόνες Ακυλίωση Αλογόνωση Οξείδωση Αναγωγή Βιολογικές δράσεις Αντικαρκινική δράση Αντιφυματική δράση Αντιμικροβιακή-Μυκητοκτόνος δράση Αναλγητική-Αντιφλεγμονώδης δράση Αντιθρομβωτική δράση Σπασμολυτική δράση ΟΞΙΜΕΣ Εισαγωγή Παρασκευές οξιμών Από καρβονυλικές ενώσεις Από μη-καρβονυλικές ενώσεις Χημικές ιδιότητες οξιμών Αντιδράσεις αλκυλίωσης Μετάθεση Beckmann Αναγωγή Οξείδωση Άλλες αντιδράσεις Χρήσεις-εφαρμογές ΤΕΤΡΑΟΞΙΚΟΣ ΜΟΛΥΒΔΟΣ (LTA) Εισαγωγή Δομή και ιδιότητες Τοξικότητα και χειρισμός Αντιδράσεις με υδραζόνες Σύνθεση αζωακετοξυ-ενώσεων Σύνθεση ακυλοϋδραζινών ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ iii

8 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Σύνθεση αζω- και διαζω-ενώσεων Σχηματισμός διπλού δεσμού Σύνθεση οξαδιαζολίων Σύνθεση τριαζολίων Σύνθεση πυραζολίων Σύνθεση ο-καρβονυλο-αρυλοκετονών και αλδεϋδών Σύνθεση ινδαζολίων Σύνθεση 6-υποκατεστημένων διβενζοαζεπιν-11-ονών Αντιδράσεις με οξίμες Αλδοξίμες Κετοξίμες ΔΙΑΚΕΤΟΞΥΙΩΔΟΒΕΝΖΟΛΙΟ (PID) Εισαγωγή Φυσικές ιδιότητες Μέθοδοι παρασκευής Χημικές ιδιότητες Ακετοξυλίωση Φαινολική οξείδωση Αντιδράσεις με υδραζόνες ο-διακυλοβενζολια Εισαγωγή Σύνθεση των ο-διακυλοβενζολίων Αντιδράσεις των ο-διακυλοβενζολίων Αντιδράσεις συμπύκνωσης Αντιδράσεις αναγωγής Φωτοχημικές αντιδράσεις Αντιδράσεις βρωμίωσης Αντιδράσεις με αζωτούχες ενώσεις Εφαρμογές ΦΘΑΛΑΖΙΝΕΣ Φυσικές ιδιότητες φθαλαζινών Μέθοδοι παρασκευής φθαλαζινών Αντίδραση αρωματικής αλδεΰδης με υδραζίδια ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ iv

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Αντίδραση ο-διαροϋλοβενζολίων με υδραζίνη Αντίδραση παραγώγων του α,α,α,α -τετραβρωμο-ο-ξυλολίου με υδραζίνη Αντίδραση της o-βενζοϋλοτριφαινυλοκαρβινόλης με παράγωγα της υδραζίνης Χημικές ιδιότητες φθαλαζινών Αναγωγή Οξείδωση Δραστικότητα των αλογονο-παραγώγων Αλκυλίωση Νίτρωση των φθαλαζινών Δραστικότητα της μεθυλομάδας Βιολογικές δράσεις φθαλαζινών Αντιυπερτασική δράση Δράση κατά της καρδιακής ανεπάρκειας Αντικαρκινική δράση Σπασμολυτική δράση Άλλες δράσεις Ν-ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ 1,2-ΒΕΝΖΟΪΣΟΞΑΖΟΛΙΟΥ Εισαγωγή Παρασκευές Ν-οξειδίων των βενζοϊσοξαζολίων Χημικές ιδιότητες Ν-οξειδίων των βενζοϊσοξαζολίων Βιολογικές δράσεις-εφαρμογές των 1,2-βενζοϊσοξαζολίων ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ & 6-ΑΚΕΤΥΛΟ-7- ΥΔΡΟΞΥ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ Απομόνωση της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης Ιδιότητες της 7-υδροξυ-8-ακετυλο- και της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης - Φασματοσκοπική μελέτη ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΑΖΟΝΩΝ Σύνθεση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης Ιδιότητες των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης -φασματοσκοπική μελέτη ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ v

10 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 11.2 Σύνθεση της Ν-φαινυλοσουλφονυλοϋδραζόνης της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης Ιδιότητες της Ν-φαινυλοσουλφονυλοϋδραζόνης της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης - Φασματοσκοπική μελέτη Σύνθεση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης -Φασματοσκοπική μελέτη Ιδιότητες των Ν-ακυλοϋδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης- Φασματοσκοπική μελέτη Βιολογική δραστικότητα των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης Αντικαρκινική δράση Αντιοξειδωτική δράση ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΑΖΟΝΩΝ Οξείδωση των υδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με τετραοξικό μόλυβδο Ιδιότητες των 7,8-διακυλο κουμαρινών - Φασματοσκοπική μελέτη Οξείδωση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης με τετραοξικό μόλυβδο Ιδιότητες των 6,7-διακυλο κουμαρινών - Φασματοσκοπική μελέτη Οξείδωση των υδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με διακετοξυιωδοβενζόλιο ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ 7,8-ΔΙΑΚΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΩΝ - ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΑΝΟΦΘΑΛΑΖΙΝΟΝΩΝ Ιδιότητες φθαλαζινονών - Φασματοσκοπική μελέτη Φάσματα 1 H-MR Φάσματα 13 C-MR Φάσματα μαζών ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ 7,8-ΔΙΑΚΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΩΝ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΗΣ ΟΞΙΜΗΣ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ Ιδιότητες της οξίμης - Φασματοσκοπική μελέτη ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΗΣ ΟΞΙΜΗΣ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ Οξείδωση με τετραοξικό μόλυβδο 150 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ vi

11 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 16.2 Οξείδωση με διακετοξυιωδοβενζόλιο Ιδιότητες του Ν-οξειδίου - Φασματοσκοπική μελέτη ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 153 Τεχνικές πoυ χρησιμοποιήθηκαν - Όργανα - Αντιδραστήρια 155 Παρουσίαση αποτελεσμάτων ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ Παρασκευή της 7-ακετοξυ-κουμαρίνης Παρασκευή της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης Απομόνωση της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΥΔΡΑΖΟΝΩΝ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ Παρασκευή των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης Παρασκευή της Ν-φαινυλοσουλφονυλοϋδραζόνης της 7-υδροξυ-8-ακετυλο- κουμαρίνης Παρασκευή των Ν-ακυλοϋδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΥΔΡΑΖΟΝΩΝ Οξείδωση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με τετραοξικό μόλυβδο Οξείδωση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυ-κουμαρίνης με τετραοξικό μόλυβδο Οξείδωση των Ν-ακυλοϋδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με διακετοξυιωδοβενζόλιο ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ 7,8-ΔΙΑΚΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΩΝ ΜΕ ΥΔΡΑΖΙΝΗ - ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΑΝΟΦΘΑΛΑΖΙΝΟΝΩΝ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΗΣ ΟΞΙΜΗΣ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΗΣ ΟΞΙΜΗΣ ΤΗΣ 7-ΥΔΡΟΞΥ-8-ΑΚΕΤΥΛΟ-ΚΟΥΜΑΡΙΝΗΣ Οξείδωση της οξίμης της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με LTA Οξείδωση της οξίμης της 7-υδροξυ-8-ακετυλο-κουμαρίνης με PID 199 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 203 SUMMARY ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ vii

12 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην εργασία αυτή μελετήθηκε διεξοδικά η σύνθεση αζωτούχων παραγώγων κουμαρινικών καρβονυλικών ενώσεων και η οξείδωση τους με τετραοξικό μόλυβδο και διακετοξυιωδοβενζόλιο. Επίσης μελετήθηκε η χρησιμοποίηση των προϊόντων που προκύπτουν από τις αντιδράσεις αυτές ως πρώτες ύλες για την σύνθεση νέων ετεροκυκλικών ενώσεων καθώς και η πρακτική εφαρμογή τόσο των υδραζονικών πρώτων υλών όσο και των προϊόντων οξείδωσης. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκε στην αρχή μια σειρά υδραζονών της 7-υδροξυ-8- ακετυλοκουμαρίνης και οξειδώθηκαν με τετραοξικό μόλυβδο. Από την οξείδωση απομονώθηκαν ως κύρια προϊόντα οι 7,8-διακυλοκουμαρίνες. Η μελέτη της οξείδωσης με τετραοξικό μόλυβδο επεκτάθηκε και σε μια σειρά υδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης, όπου απομονώθηκαν ως κύρια προϊόντα οι 6,7-διακυλοκουμαρίνες. Ο σχηματισμός των παραπάνω προϊόντων προκύπτει μέσω της αντίδρασης αντικατάστασης φαινολικού υδροξυλίου από ακυλο-ομάδα και εξηγείται με το μηχανιστικό σχήμα που προτείνεται. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση του διακετοξυιωδοβενζολίου, οξειδωτικού εναλλακτικού του τετραοξικού μολύβδου και φιλικότερου προς το περιβάλλον, στις παραπάνω υδραζονικές κουμαρίνες. Οι αντιδράσεις οδήγησαν στο σχηματισμό των 7,8-διακυλοκουμαρινών. Ο σχηματισμός των προϊόντων εξηγείται με το μηχανιστικό σχήμα που προτείνεται. Παράλληλα μελετήθηκε η επίδραση της υδραζίνης στις 7,8-διακυλοκουμαρίνες με αποτέλεσμα τη σύνθεση των 7,10-υποκατεστημένων φθαλαζινονών. Επιπρόσθετα, έγινε προκαταρτική μελέτη της αντικαρκινικής δράσης των Ν-ακυλουδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης, με σοβαρές ενδείξεις για ικανοποιητικά αποτελέσματα, καθώς και της αντιοξειδωτικής τους δράσης. Η προκαταρτική μελέτη της αντικαρκινικής δράσης επεκτάθηκε και στις 7,8-διακυλο-κουμαρίνες. Τέλος διερευνήθηκε η επίδραση του τετραοξικού μολύβδου και του διακετοξυιωδοβενζολίου στην οξίμη της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης. Από τις αντιδράσεις αυτές απομονώθηκε ως κύριο προϊόν το Ν-οξείδιο του 9-μεθυλο-κουμαρινο[8,7-d]ισοξαζολίου. Η πειραματική διαδικασία και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω μελέτες παρουσιάζονται στη συνέχεια στα αντίστοιχα κεφάλαια. Στο θεωρητικό μέρος παρουσιάζονται διεξοδικά, στοιχεία γνωστά από την βιβλιογραφία, που αφορούν στη σύνθεση, στη χημική και βιολογική δράση όλων των ενώσεων που σχετίζονται με τη διατριβή αυτή. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται βιβλιογραφία που αφορά α) τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιήθηκαν: κουμαρίνες, ο-υδροξυ-αρυλοκετόνες, υδραζόνες, οξίμες, β) τα οξειδωτικά που χρησιμοποιήθηκαν: ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ ix

13 ΠΡΟΛΟΓΟΣ τετραοξικός μόλυβδος, διακετοξυιωδοβενζόλιο, γ) τα προϊόντα που προέκυψαν: ο- διακυλοβενζόλια, φθαλαζίνες, Ν-οξείδια του 1,2-βενζοϊσοξαζολίου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εκπονήθηκε στο εργαστήριο Οργανικής Χημείας του τμήματος Χημικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στο χρονικό διάστημα Ευχαριστώ θερμά την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. κ. Αντιγόνη Κόταλη για την υπόδειξη του θέματος, την καθοδήγησή της και την ουσιαστική της συμπαράσταση καθ όλη τη διάρκεια της εργασίας αυτής. Ιδιαίτερα ευχαριστώ τα μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής: Τον Καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. κ. Βασίλειο Παπαγεωργίου, για τις εποικοδομητικές συζητήσεις και τις χρήσιμες παρατηρήσεις του. Την Καθηγήτρια του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. κα. Μαρία Λιακοπούλου- Κυριακίδου, για την προσεκτική διόρθωση, τις χρήσιμες υποδείξεις και το ενδιαφέρον της, που συνέβαλαν στην αρτιότερη εμφάνιση αυτής της διατριβής. Επίσης, ευχαριστώ θερμά τα μέλη της επταμελούς επιτροπής: την Καθηγήτρια του Τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ. κα. Ιουλία Στεφανίδου-Στεφανάτου, την Αν. Καθηγήτρια του Τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ. κα. Ελισάβετ Μαλαμίδου-Ξενικάκη, τον Αν. Καθηγητή του Τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ. κ. Σπυρίδωνα Σπυρούδη και τον Επ. Καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. κ. Σπυρίδωνα Ζλατάνο, για την προσεκτική διόρθωση και τις χρήσιμες υποδείξεις τους. Ιδιαίτερα ευχαριστώ τον Dr. Philip Harris, Senior Researcher, GlaxoSmithKline, 1250 South Collegeville Road, P Box 5089, Collegeville, PA , USA, για τη λήψη της πλειονότητας των φασμάτων 1 H και 13 C MR, μαζών, HRMS καθώς και για τις στοιχειακές αναλύσεις. Τον Prof. Dr. Athanassios Giannis, University of Leipzig, Leipzig, Germany, ευχαριστώ θερμά για τη λήψη μιας σειράς φασμάτων 1 H και 13 C MR, μαζών και HRMS. Τις ευχαριστίες επίσης εκφράζω προς τον Δρ. Αθανάσιο Παπαγεωργίου του Εργαστηρίου Πειραματικής Χημειοθεραπείας του Θεαγένειου Αντικαρκινικού Νοσοκομείου Θεσσαλονίκης και την ερευνητική του ομάδα, για τη μελέτη της αντιλευχαιμικής δράσης των νέων κουμαρινικών παραγώγων. Ακόμα, ευχαριστώ θερμά τον Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών κ. Αθανάσιο Βαλαβανίδη, για τη μελέτη της αντιοξειδωτικής δράσης των νέων υδραζονικών παραγώγων. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ x

14 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ευχαριστώ επίσης όλα τα μέλη του Εργαστηρίου Οργανικής Χημείας και ιδιαίτερα του συναδέλφους υποψήφιους διδάκτορες για την αλληλεγγύη και τη φιλική ατμόσφαιρα που μου προσέφεραν στη διάρκεια της διδακτορικής διατριβής. Τέλος, ευχαριστώ από τα βάθη της καρδιάς μου την οικογένειά μου για την αμέριστη συμπαράσταση όλα αυτά τα χρόνια και ιδιαίτερα τον πατέρα μου, Στυλιανό Λαφαζάνη, για την ανεκτίμητη προσφορά του στη μόρφωσή μου. Αυτή η διατριβή είναι αφιερωμένη στη μνήμη της μητέρας μου. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ xi

15 ΣΚΟΠΟΣ & ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η σύνθεση νέων υδραζονικών παραγώγων κουμαρινικών καρβονυλικών ενώσεων με πιθανή βιολογική δράση και η μελέτη της οξείδωσής τους. Το πρώτο τμήμα της μελέτης περιλαμβάνει τη σύνθεση υδραζονικών παραγώγων κουμαρινικών καρβονυλικών ενώσεων. Όπως αναφέρεται και στο θεωρητικό μέρος, τόσο οι υδραζόνες όσο και τα κουμαρινικά παράγωγα παρουσιάζουν ενδιαφέρουσα, πολύπλευρη και πολλές φορές ανάλογη βιολογική δράση. Για παράδειγμα και οι δυο τάξεις ενώσεων έχουν εμφανίσει, όπως είναι γνωστό από την βιβλιογραφία, αντικαρκινική δράση. Ο συνδυασμός των παραπάνω ενώσεων ανάλογης δράσης θα μπορούσε να δώσει προϊόν με ισχυρότερες βιολογικές ιδιότητες από κάθε συστατικό ξεχωριστά. Ως πρώτη τάξη καρβονυλικών ενώσεων επελέγησαν κουμαρινικά παράγωγα και συγκεκριμένα η 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνη και η 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνη οι οποίες σε συνδυασμό με μια σειρά υδραζιδίων και του Ν-φαινυλοσουλφονυλο-υδραζιδίου, οδήγησαν στο σχηματισμό των αντίστοιχων υδραζονικών παραγώγων. Πράγματι, η Ν-βενζοϋλο-υδραζόνη της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης, η οποία χρησιμοποιήθηκε για βιολογικά πειράματα, βρέθηκε ότι παρουσιάζει αξιόλογη αντικαρκινική δράση. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου, πρόκληση απετέλεσε και η διερεύνηση δυνατότητας διαχωρισμού, καθαρισμού και βελτιστοποίηση της απόδοσης σχηματισμού της 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης. Από τη βιβλιογραφία είναι γνωστό ότι η ένωση αυτή απομονώνεται σε απόδοση 5%. Το δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής περιλαμβάνει τη μελέτη των αντιδράσεων οξείδωσης των υδραζονικών παραγώγων της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης και της 6- ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης. Τόσο οι καρβονυλικές κουμαρινικές ενώσεις όσο και τα υδραζίδια που επελέγησαν αποτελούν άριστες πρώτες ύλες για τη σύνθεση υδραζονών κατάλληλων για την προσπάθεια εφαρμογής, σε ετεροκυκλικά συστήματα, της αντίδρασης αντικατάστασης φαινολικού υδροξυλίου από ακυλο-ομάδα και τη διερεύνυση της δυνατότητας οξειδωτικής κυκλοποίησης. Όπως είναι γνωστό από τη βιβλιογραφία, την παραπάνω μετάθεση την δίνουν οι Ν-ακυλο-υδραζόνες των ο-υδροξυ-αρωματικών καρβονυλικών ενώσεων με την επίδραση του τετραοξικού μολύβδου (LTA). Τόσο η 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνη όσο και η 6-ακετυλο-7- υδροξυκουμαρίνη διαθέτουν υδροξύλιο και ακετυλο-ομάδα σε ορθο-θέση. Η οξείδωση των υδραζονικών παραγώγων μελετήθηκε αρχικά με οξειδωτικό τον τετραοξικό μόλυβδο. Τόσο η αντίδραση των υδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης όσο και των ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ xiii

16 ΣΚΟΠΟΣ & ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ υδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης οδήγησε στο σχηματισμό των προϊόντων μετάθεσης και όχι οξειδωτικής κυκλοποίησης. Συγκεκριμένα παρασκευάστηκαν σε πολύ καλές αποδόσεις οι 7,8-διακυλοκουμαρίνες και οι 6,7-διακυλοκουμαρίνες αντίστοιχα και προτείνεται πιθανός μηχανισμός. Προκειμένου να διερευνηθεί η δυνατότητα σύνθεσης των 6,7-διακυλοκουμαρινών και λόγω της δυσκολίας απομόνωσης σε καθαρή κατάσταση της 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης, αρχικά μελετήθηκε η οξείδωση μίγματος των υδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλο και η 6-ακετυλο-7- υδροξυκουμαρίνης. Στη συνέχεια διαχωρίστηκαν τα προϊόντα οξείδωσης κι εφόσον διευκρινίστηκε η δομή τους επιχειρήθηκε η αντίδραση οξείδωσης, σε μικρές ποσότητες, καθαρών υδραζονών της 6-ακετυλο-7-υδροξυκουμαρίνης. Η οξείδωση των παραπάνω υδραζονών αποτελεί μια απλή και αποτελεσματική μέθοδο σύνθεσης ο-διακυλοκουμαρινών, οι οποίες είναι νέες ενώσεις. Επιπλέον αυτό είναι και το πρώτο παράδειγμα εφαρμογής της εν λόγω μετάθεσης σε ετεροκυκλικά συστήματα. Στη συνέχεια μελετήθηκε η οξείδωση των υδραζονών της 7-υδροξυ-8-ακετυλοκουμαρίνης με χρησιμοποίηση διακετοξυιωδοβενζολίου (PID) ως εναλλακτικού οξειδωτικού. Όπως είναι γνωστό το διακετοξυιωδοβενζόλιο είναι οξειδωτικό με δράση ανάλογη με αυτήν του τετραοξικού μολύβδου και είναι φιλικότερο προς το περιβάλλον. Τα προϊόντα μετάθεσης, οι 7,8-διακυλοκουμαρίνες, απομονώθηκαν ως κύρια προϊόντα σε πολύ καλές αποδόσεις συγκρίσιμες με αυτές του τετραοξικού μολύβδου. Η παρούσα διατριβή περιλαμβάνει ακόμη μια σειρά αντιδράσεων των 7,8-διακυλοκουμαρινών με υδραζίνη, με σκοπό την αξιοποίηση των 7,8-διακυλο-παραγώγων ως πρώτων ύλων στη σύνθεση νέων ετεροκυκλικών, των φθαλαζινονών. Επίσης έγιναν διερευνητικές αντιδράσεις οξείδωσης της Ν-φαινυλοσουλφονυλο-υδραζόνης, της Ν-φορμυλο-υδραζόνης και της χλωριούχου Ν-πυριδωνιοξικής υδραζόνης της 7-υδροξυ-8- ακετυλοκουμαρίνης με LTA, οι οποίες όμως έδωσαν πολύπλοκα μίγματα προϊόντων. Τέλος έγιναν διερευνητικές αντιδράσεις σχετικά με την οξείδωση της οξίμης της 7-υδροξυ-8- ακετυλοκουμαρίνης τόσο με τετραοξικό μόλυβδο όσο και με διακετοξυιωδοβενζόλιο. Και στις δυο περιπτώσεις η αντίδραση οδήγησε στο σχηματισμό προϊόντος οξειδωτικής κυκλοποίησης, το Ν-οξείδιο του 9-μεθυλο-κουμαρινο[8,7-d]ισοξαζολίου, σε πολύ καλή απόδοση. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ xiv

17 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1-9) ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 1

18 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) 1. ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Οι κουμαρίνες ή βενζο-α-πυρόνες είναι ετεροκυκλικές οργανικές ενώσεις με δυο εξαμελείς δακτυλίους, ένα άτομο οξυγόνου και ένα γειτονικό σε αυτό καρβονύλιο στην κύρια αλυσίδα. Κουμαρινικά παράγωγα απαντούν ευρύτατα στο φυτικό βασίλειο, τόσο σε ελεύθερη κατάσταση όσο και ως δευτερογενείς μεταβολίτες. Αφθονούν κυρίως στα χόρτα (προσδίδουν τη χαρακτηριστική οσμή στο κομμένο γρασίδι) και ιδιαίτερα στο λευκό τριφύλλι, στις ορχιδέες, στα όσπρια και στα φύλλα των εσπεριδοειδών. Η μητρική ένωσή τους κουμαρίνη 1 απεικονίζεται στο σχήμα 1. 1 Σχήμα 1: Κουμαρίνη Ορισμός-Ονομασία Με το όνομα κουμαρίνη (1), χαρακτηρίζεται η ένωση η οποία προκύπτει από τη συμπύκνωση ενός βενζολικού δακτυλίου με την [e] πλευρά μιας α-πυρόνης. Επίσης, είναι γνωστή με διάφορες ονομασίες όπως 2-οξο-1,2-βενζοπυράνιο, 5,6-βενζο-α-πυρόνη, 5,6-βενζο-2-πυρόνη, 1,2- βενζοπυρόνη, 2Η-1-βενζοπυραν-2-όνη, λακτόνη του cis-ο-κουμαρινικού οξέος, 2Η-βενζο[b]- πυραν-2-όνη, κουμαρινικός ανυδρίτης και 2Η-χρωμεν-2-όνη. 2 Πολλά παράγωγα της οικογένειας των κουμαρινών έχουν απομονωθεί από εκατοντάδες είδη φυτών και μικροοργανισμών και έχουν ονόματα που προέρχονται από το λατινικό όνομα ή την κοινή ονομασία του φυτού από το οποίο ανακαλύφθηκαν ή από το μέρος που ευδοκιμεί το φυτό αυτό. Παράδειγμα αποτελεί η 7-υδροξυκουμαρίνη που είναι γνωστή ως ουμπελιφερόνη αφού απαντάται σε φυτά του γένους Umbelliferae. 2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 3

19 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Ταξινόμηση Φυσικών Κουμαρινών Οι κουμαρίνες που βρίσκονται στη φύση, θα μπορούσαν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες πολύ γενικές κατηγορίες: α. Απλές Κουμαρίνες Μέλη της κατηγορίας αυτής αποτελούν η κουμαρίνη 1, τα υδροξυ-, αλκοξυ- και αλκυλουποκατεστημένα (στο βενζολικό δακτύλιο) παράγωγά της, καθώς και οι αντίστοιχοι γλυκοζίτες τους. Μια χαρακτηριστική ένωση είναι η 7-υδροξυ-κουμαρίνη που απεικονίζεται στο σχήμα 2. 2 Σχήμα 2: 7-Υδροξυκουμαρίνη H 2 β. Φουροκουμαρίνες Οι ενώσεις της κατηγορίας αυτής περιέχουν ένα φουρανικό δακτύλιο συμπυκνωμένο στο βενζολικό δακτύλιο. Τα περισσότερα μέλη αυτής της ομάδας είναι παράγωγα της κουμαρίνης γραμμικού τύπου ψωραλλένιο (3) ή της πιο σταθερής ισομερούς ένωσής της, γωνιακού τύπου αγγελικίνης (4). Οι όροι γραμμικός και γωνιακός αναφέρονται στον προσανατολισμό του φουρανικού δακτυλίου σε σχέση με το μόριο της κουμαρίνης. (σχήμα 3). 2 Σχήμα 3: Φουροκουμαρίνες 3 4 γ. Πυρανοκουμαρίνες Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται ενώσεις ανάλογες των φουροκουμαρινών, που περιέχουν όμως εξαμελή δακτύλιο (πυρανικό) συμπυκνωμένο στον κουμαρινικό πυρήνα. Όπως και στις φουρο-κουμαρίνες έτσι κι εδώ, υπάρχουν ενώσεις γραμμικού τύπου, όπως η ξανθυλετίνη (5) και γωνιακού τύπου, όπως η σεσελίνη (6) (σχήμα 4). 2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 4

20 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Σχήμα 4: Πυρανοκουμαρίνες 5 6 δ. Κουμαρίνες υποκατεστημένες στον πυρονικό δακτύλιο Εδώ περιλαμβάνονται οι υποκατεστημένες κουμαρίνες στην 3- ή στην 4-θέση ή και στις δύο θέσεις, καθώς και 3,4-συμπυκνωμένες κουμαρίνες. Ορισμένα χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων κουμαρινών είναι η 4-υδροξυκουμαρίνη (7), η βαρφαρίνη (8) και οτομναριόλη (9) (σχήμα 5). 2 Σχήμα 5: Υποκατεστημένες στον πυρονικό δακτύλιο κουμαρίνες H H H H ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ Από τις συνθετικές μεθόδους των κουμαρινών, μερικές είναι γενικές, ενώ υπάρχουν και πολλές άλλες που οι εφαρμογές τους είναι λιγότερο γενικές. Το κοινό αυτών των μεθόδων είναι ότι σχετίζονται με τη συμπύκνωση στον πυρονικό δακτύλιο, ενός κατάλληλου παραγώγου του βενζολίου Μέθοδος Perkin Ο Perkin, πρώτος συνέθεσε την κουμαρίνη 1, από σαλικυλική αλδεΰδη με θέρμανση μαζί με οξικό ανυδρίτη παρουσία άνυδρου οξικού νατρίου, στους 180 ο C. H αντίδραση λαμβάνει χώρα διαμέσου πολλών σταδίων και ως παραπροϊόν σχηματίζεται το trans-ο-ακετοξυ-κιναμμωμικό οξύ (10), το οποίο δεν υφίσταται κυκλοποίηση (σχήμα 6). 4 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 5

21 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Σχήμα 6: Αντίδραση Perkin CH H A H CH A B CH 2 CCCH 3 CCH 3 CCH 3 CCH 3 CCH 3 A CH 2 CCCH 3 CCH 3 1 CCCH 3 C CH CCH 3 A: (CH 3 C) 2, B: CH 3 Ca/θέρμανση, C: H 2 10 CCH 3 Μειονεκτήματα της μεθόδου αποτελούν η δυσκολία παρασκευής των κατάλληλων ο- υδροξυαλδεϋδών από πολλές υποκατεστημένες φαινόλες και οι χαμηλές αποδόσεις. 3 Όταν χρησιμοποιηθεί ιώδιο ως καταλύτης, τότε οι αποδόσεις αυξάνονται Μέθοδος Knoevenagel Κατά την κυκλοσυμπύκνωση ο-υδροξυβενζαλδεϋδών με δραστικές μεθυλενικές ενώσεις (μηλονικούς εστέρες, κυανοξικούς εστέρες, μηλονονιτρίλια), παρουσία πυριδίνης, πιπεριδίνης και άλλων βάσεων, παράγονται κουμαρινικά-3-καρβοξυλικά οξέα 15 (σχήμα 7). Η συνθετική αυτή μέθοδος έχει το πλεονέκτημα ότι λαμβάνει χώρα κάτω από ηπιότερες συνθήκες αντίδρασης σε σχέση με τη μέθοδο Perkin. 6 Σχήμα 7: Αντίδραση Knoevenagel H H + X CR A X CR H X X: C, CR, CH 2 κ. λ. A: πυριδίνη 15 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 6

22 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Αντίδραση Witting Οι ο-υδροξυβενζαλδεΰδες ή ο-υδροξυ-αρυλοκετόνες αντιδρούν με εστέρες του φωσφορανίου προς σχηματισμό κουμαρινικών παραγώγων (σχήμα 8). Αρχικά σχηματίζεται ο trans-ουδροξυκιναμμωμικός εστέρας και στη συνέχεια ισομερίζεται θερμικά ή φωτοχημικά προς cisισομερές για να λακτονοποιηθεί τέλος προς κουμαρίνη. 7 Η λακτονοποίηση ευνοείται από υποκαταστάτες (του βενζολικού δακτυλίου) δότες ηλεκτρονίων στην 4-θέση. 8,9 Σχήμα 8: Αντίδραση Witting CR + Ph 3 P H A: θέρμανση ή ακτινοβολία R 1 C 2 Et A R H R 1 Et R R 1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι οι ήπιες συνθήκες αντίδρασης, η απλή κατεργασία, οι πολύ υψηλές αποδόσεις και η έλλειψη παραπροϊόντων. Ως μειονέκτημα θεωρείται η δυσκολία παρασκευής των υποκατεστημένων ο-υδροξυβενζαλδεϋδών Αντίδραση Reformatsky Οι ο-μεθοξυ-αρυλοκετόνες υφίστανται αντίδραση Reformatsky με α-βρωμο-εστέρες, ακολουθούμενη από αφυδρογόνωση, δίνοντας ακόρεστους κιναμμωμικούς εστέρες, οι οποίοι μετασχηματίζονται σε υποκατεστημένες κουμαρίνες του τύπου 16, όταν κατεργάζονται με οξύ (σχήμα 9). 10,11 Σχήμα 9: Αντίδραση Reformatsky R 1 CR R Br R 2 A + C 2 Et R 1 R 2 B C 2Et A: Zn/βενζόλιο B: SCl 2 /Et 2 /πυριδίνη C: HI ή H 2 S 4 R 1 C R R 2 16 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 7

23 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Μέθοδος Pechmann Με συμπύκνωση των φαινολών με β-κετοεστέρες υπό την επίδραση ισχυρών οξέων, προκύπτουν υποκατεστημένες κουμαρίνες στην 4- ή 3,4-διυποκατεστημένες. Η αντίδραση ξεκινάει με ηλεκτρονιόφιλη αρωματική υποκατάσταση στη φαινόλη και συγκεκριμένα σε ο-θέση ως προς το υδροξύλιο, από τον άνθρακα της καρβονυλικής ομάδας του β-κετοεστέρα, προς σχηματισμό των ενδιάμεσων 11 και 12. Ακολουθεί λακτονοποίηση με απόσπαση νερού και αιθανόλης, για τον σχηματισμό του κουμαρινικού συστήματος (σχήμα 10). 12,13 Σχήμα 10: Αντίδραση Pechmann H H + Et H + H CEt H 2 -H + H CEt 12 Η αποτελεσματικότητα της μεθόδου εξαρτάται από τον καταλύτη, τους υποκαταστάτες της φαινόλης καθώς και από το είδος του β-κετοεστέρα. Η συμπύκνωση των φαινολών που περιέχουν υποκαταστάτες δότες ηλεκτρονίων σε m-θέση ως προς το υδροξύλιο ευνοείται, ενώ όταν βρίσκονται σε ο- και p-θέσεις δεν επηρεάζουν τη δραστικότητα των φαινολών. 12 H αντίδραση Pechmann χρησιμοποιείται ευρέως με απλές πρώτες ύλες και έχει πολύ καλές αποδόσεις. 14 Επίσης, έχουν χρησιμοποιηθεί πολλοί όξινοι καταλύτες, εκτός του θεϊκού οξέος που αναφέρθηκε, όπως τριχλωριούχο αργίλιο, 15 πεντοξείδιο του φωσφόρου, 16 τριφθοροξικό οξύ 17 και άλλοι. 18 Σήμερα, χρησιμοποιούνται καταλύτες όπως το χλωριούχο ίνδιο(ιιι), 19 το χλωριούχο τιτάνιο(ιv) 14 και άλλοι 20,21 οι οποίοι επιτρέπουν ακόμα ηπιότερες συνθήκες, μεγαλύτερη ποικιλία υποκαταστατών στα αντιδρώντα και καλύτερες αποδόσεις. 19 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 8

24 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Προσθήκη Michael Μια εναλλακτική μέθοδος, συμπληρωματική της μεθόδου Pechmann, είναι η προσθήκη ο- λιθιο-φαινολικού αιθέρα 13 σε αλκοξυμεθυλενικό μηλονικό εστέρα ή αλκοξυ-μεθυλενοακετοξικό εστέρα (προσθήκη Michael, σχήμα 11). Περαιτέρω κατεργασία με οξύ προκαλεί απομάκρυνση της φαινολικής προστατευτικής ομάδας, λακτονοποίηση και απόσπαση μορίου αλκοόλης προς σχηματισμό οξυγονωμένων κουμαρινών Αυτή η τροποποίηση επιτρέπει την επιλεκτική προσβολή των 1,3-διηλεκτρονιόφιλων αντιδραστηρίων σε υποκατεστημένες φαινόλες. 6 Σχήμα 11: Εναλλακτική συμπύκνωση με προσθήκη Michael R 2 13 Li R 1 + RC R 3 R 3 CR H + H + CR R 2 R 1 CR R 2 14 CR Αντίδραση Vilsmeier-Haack Το άλας του Vilsmeier 18, είναι ένα εναλλακτικό αντιδραστήριο του φωσφόρου, το οποίο αντιδρά με την ο-υδροξυακετοφαινόνη για την παρασκευή 3,4-υποκατεστημένων κουμαρινών σε αποδόσεις 86-90% (σχήμα 12). 23 Η αντίδραση διεξάγεται μέσω εστεροποίησης του καρβοξυλικού οξέος 17, όπου σχηματίζεται ο ανυδρίτης του φωσφορικού οξέος 19, ως ενεργό ενδιάμεσο. Στη συνέχεια, αντίδραση του ενδιάμεσου με την ο-υδροξυακετοφαινόνη, έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό των κουμαρινικών παραγώγων. 24 Σχήμα 12: Σύνθεση 3,4-υποκατεστημένων κουμαρινών RCH 2 CH 17 + Cl P CH + 2 Cl - Cl 18 A RCH 2 19 P Cl Cl B R A: Et 3 /CH 2 Cl 2 B: o-υδροξυακετοφαινόνη ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 9

25 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Άλλες μέθοδοι Οι κουμαρίνες μπορούν επίσης να παρασκευαστούν σε μεγάλες αποδόσεις κατά την οξείδωση υπερχλωρικών αλάτων του βενζοπυριλίου 20 με διοξείδιο του μαγγανίου, σε χλωροφόρμιο ή ακετονιτρίλιο (σχήμα 13). 25 Σχήμα 13: Οξείδωση υπερχλωρικών αλάτων του βενζοπυριλίου A Cl 4 1 A: Mn 2 /CHCl 3 ή C Επιπλέον, οι κουμαρίνες παρασκευάζονται κατά την αντίδραση της ο-υδροξυακετοφαινόνης με μονοξείδιο του άνθρακα και σελήνιο (Se), που βοηθά στην καρβονυλίωση παρουσία τριτοταγούς αμίνης (ισχυρά βασικής ένωσης), όπως φαίνεται στο σχήμα 14. Η αντίδραση προτείνεται ότι διεξάγεται με τον σχηματισμό του ενδιάμεσου Στη θέση του σεληνίου χρησιμοποιείται και το θείο (S) για την σύνθεση 4-υδροξυ κουμαρινών, με την διαφορά ότι η καρβονυλίωση γίνεται σε πιο ήπιες συνθήκες από εκείνες του σεληνίου. 27 Σχήμα 14: Σύνθεση 4-υδροξυ-κουμαρίνης C + C + H Se A H - Se - H A: 1,8-διαζαδικυκλο[5.4.0]εντεκ-7-ένιο (DBU)/CH 2 Cl Γενική μέθοδο για τη σύνθεση των κουμαρινών αποτελεί και η μέθοδος σχηματισμού δακτυλίου με ολεφινική μετάθεση (Ring-Closure tathesis), χρησιμοποιώντας καταλύτες ρουθενίου που ενισχύουν την ενδομοριακή αντίδραση μεταξύ δύο ολεφινικών δεσμών (καταλύτης Grubbs). H μέθοδος αυτή επιτρέπει την εύκολη σύνθεση μεγάλης ποικιλίας υποκατεστημένων κουμαρινών. Στο σχήμα 15, απεικονίζεται η σύνθεση της 3,4-διμεθυλο κουμαρίνης. 28 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 10

26 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Σχήμα 15: Μέθοδος σχηματισμού δακτυλίου με ολεφινική μετάθεση H + A B Cl A: Et 3 /CH 2 Cl 2 /0 o C, 2h/67% B: καταλύτης Grubbs/CH 2 Cl 2 /40 o C, 12h/45% 1 Cl καταλύτης Grubbs Ru Ph Cl PCy 3 Τέλος, κουμαρινικά παράγωγα παρασκευάζονται από υποκατεστημένες φαινόλες που αντιδρούν με πληθώρα άλλων αντιδραστηρίων, καθώς και από βενζοφουράνια, χρωμένια και χρωμόνες ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Ο ετεροκυκλικός δακτύλιος της κουμαρίνης συμπεριφέρεται χημικά ως αρωματικό αλλά και ως αλειφατικό σύστημα. Ο αλειφατικός χαρακτήρας υπερισχύει κι έτσι οι κουμαρίνες συμπεριφέρονται στις αντιδράσεις κυρίως ως μη υποκατεστημένες λακτόνες ή ως υποκατεστημένα βενζόλια. 6, Αντιδράσεις με ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια α. Προσθήκη στο καρβονυλικό οξυγόνο Το οξυγόνο του καρβονυλίου αντιδρά με ισχυρούς αλκυλιωτικούς παράγοντες, όπως το άλας του erwein (Et 3+ BF 4- ), 6 προς σχηματισμό σταθερών αλάτων του πυρυλίου 22 (σχήμα 16). Η αντίδραση αυτή φανερώνει τον ασθενή αρωματικό χαρακτήρα της κουμαρίνης. 33 Σχήμα 16: Αλκυλίωση κουμαρίνης A 1 A: Et 3 + BF 4 - Et BF 4 22 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 11

27 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) β. Αντιδράσεις υποκατάστασης Αντιδράσεις υποκατάστασης παρατηρούνται τόσο στο βενζολικό όσο και στο λακτονικό δακτύλιο της κουμαρίνης. Έτσι λοιπόν, η σουλφονίωση λαμβάνει χώρα αρχικά στον C-6 του βενζολικού δακτυλίου και κάτω από πιο ισχυρές συνθήκες μια δεύτερη σουλφονική ομάδα εισέρχεται στον C-3 του λακτονικού δακτυλίου (σχήμα 17). Η νίτρωση ακολουθεί παρόμοια πορεία. 33 Σχήμα 17: Σουλφονίωση κουμαρίνης H 2 S 4 H 3 S A H 3 S S 3 H 1 Αντίθετα, η βρωμίωση λαμβάνει χώρα στον C-3 και όχι στον C-6, όπως και η βρωμίωση της α-πυρόνης. Σχηματίζεται αρχικά ένα διβρωμοπαράγωγο, από το οποίο με επίδραση βάσεων αποσπάται HBr προς σχηματισμό της 3-βρωμοκουμαρίνης (σχήμα 18). 33 Σχήμα 18: Βρωμίωση κουμαρίνης A Br Br B Br A: Br 2, B: H -, θέρμανση Όπως και στην περίπτωση των απλών α-πυρονών, οι ιδιότητες του ετεροκυκλικού δακτυλίου της κουμαρίνης επηρεάζονται από τους υποκαταστάτες. Έτσι λοιπόν, ομάδα υδροξυλίου στον C-4 ενισχύει την ηλεκτρονιόφιλη υποκατάσταση (από ομάδες όπως 2+, S 3 H + και αλογόνα) σε ο-θέση Αντιδράσεις με πυρηνόφιλα αντιδραστήρια Οι κουμαρίνες αντιδρούν με πολλά είδη πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων. Μερικές από τις αντιδράσεις αυτές σχετίζονται με τη διάνοιξη του δακτυλίου, ενίοτε και με επανακυκλοποίηση σχηματίζοντας άλλο δακτύλιο. 34 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 12

28 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) α. Αντιδράσεις με υδροξείδια μετάλλων Η επίδραση ισχυρών αλκαλίων στην κουμαρίνη, προσβάλλει τον C-2 υπό σύγχρονη διάνοιξη του ετεροκυκλικού δακτυλίου, με αποτέλεσμα να υδρολύεται προς άλας του cis-ο-υδροξυκιναμμωμικού οξέος (κουμαρινικό οξύ) 25. Με επίδραση θειικού διμεθυλίου, το διανιόν 25 μεθυλιώνεται προς σχηματισμό του (Ζ)-μεθοξυ-εστέρα 6 26 ενώ με οξίνιση οδηγεί γρήγορα με επαναλακτονοποίηση σε κουμαρίνη 1 (σχήμα 19). Επίσης, με παρατεταμένη επίδραση βάσης, το άλας του cis-οξέος ισομερίζεται αργά στο trans-ισομερές 27 (άλας του κουμαρικού οξέος) (σχήμα 19). 33 Σχήμα 19: Αντίδραση κουμαρίνης με ισχυρά αλκάλια 1 A: H - B: H + C: 2 S 4 D: H -, θέρμανση A B 25 C 2 C 26 C - - D C Οξίνιση του trans-ισομερούς 27, δεν οδηγεί γρήγορα στην αναγέννηση της κουμαρίνης και έτσι το ελεύθερο υδροξυοξύ μπορεί να απομονωθεί. Για την αναγέννηση της κουμαρίνης πρέπει να χρησιμοποιηθεί αντιδραστήριο που να καταλύει ισομερειώσεις του διπλού δεσμού (ισχυρό οξύ ή άλατα του υδραργύρου). 33 β. Αντιδράσεις με αμίνες, αμμωνία, υδροξυλαμίνη Παλαιότερα είχε αναφερθεί 33 ότι οι κουμαρίνες δε μετατρέπονταν σε 2-κινολινόνες κατά την επίδραση αμμωνίας, αμινών ή υδροξυλαμίνης. Πιο πρόσφατη ανακοίνωση 35 όμως, αναφέρει τη σύνθεση 2-κινολινονών 28 με επίδραση αμμωνίας (R=H), αμινών ή υδροξυλαμίνης (R=H) σε 4-υποκατεστημένες κουμαρίνες (σχήμα 20). Αρχικά γίνεται προσθήκη στον C-2, ακολουθεί διάνοιξη του δακτυλίου και στη συνέχεια επανακυκλοποίηση με αποβολή ενός μορίου νερού. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 13

29 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Σχήμα 20: Αντίδραση 4-υποκατεστημένων κουμαρινών με αμίνες CH 2 CR CH 2 CR CH 2 CR A: RH 2 A - + H 2 R + H - HR CH 2 CR CH 2 CR 28 R -H 2 CHR H Επίσης, επίδραση ο-φαινυλενοδιαμίνης σε μη υποκατεστημένες κουμαρίνες οδηγεί στο σχηματισμό 2-(2 -υδροξυφαινυλο)-βενζοϊμιδαζολίων, ενώ επίδραση σε 7-αμινο-υποκατεστημένες κουμαρίνες οδηγεί στη σύνθεση βενζοϊμιδαζο[1,2-a]κινολινών, σε μικρές αποδόσεις. 36 γ. Αντιδράσεις με οργανομαγνησιακές ενώσεις Κατά την επίδραση οργανομαγνησιακών ενώσεων οι κουμαρίνες δίνουν διάφορα προϊόντα, όπως άλατα του βενζοπυρυλίου, διαλκυλο- ή διαρυλο- χρωμένια, 3-(2-υδροξυφαινυλο)-1,3- διαρυλοπροπαν-1-ονες, χρωμανόλες ή τριτοταγείς αλκοόλες από την διάνοιξη του δακτυλίου [3- (2-υδροξυφαινυλο)-1,1-διαρυλοπροπαν-2-εν-1-ολες]. Ειδικότερα, οι κουμαρίνες με επίδραση αλκυλομαγνησιοβρωμιδίου ή ιωδιδίου σχηματίζουν τριτοταγείς αλκοόλες 29, οι οποίες εύκολα αφυδατώνονται με θέρμανση σε οξικό οξύ, προς 2,2-διαλκυλο-χρωμένια 30 (σχήμα 21). 37 Η προσβολή γίνεται αρχικά στο λακτονικό άνθρακα. Σχήμα 21: Αντίδραση κουμαρίνης με οργανομαγνησιακές ενώσεις 1 A B R H R H C R R A: RMgI, B: υδ. δμα H 4 Cl, C: AcH, θέρμανση ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 14

30 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Αντιδράσεις με αναγωγικά αντιδραστήρια Αντίδραση του ετεροκυκλικού δακτυλίου με αναγωγικά αντιδραστήρια όπως π.χ. LiAlH 4 οδηγεί στο σχηματισμό μίγματος προϊόντων 31, 32 και για το λόγο αυτό δεν είναι παρασκευαστικά χρήσιμη (σχήμα 22). 33 Σχήμα 22: Αναγωγή κουμαρίνης A + H CH 2H A: LiAlH 4 Αντιθέτως, η καταλυτική υδρογόνωση είναι αρκετά χρήσιμη αν και αργή, αφού οδηγεί στην εκλεκτική αναγωγή του ετεροκυκλικού δακτυλίου και το προϊόν που λαμβάνεται είναι η 3,4- διυδροκουμαρίνη 31 (σχήμα 22). Η αντίδραση αυτή είναι ακόμα πιο αποτελεσματική όταν χρησιμοποιείται αμάλγαμα Να (a/hg). 33 Επίσης, άλλες μέθοδοι αναγωγής που έχουν διερευνηθεί είναι η χρήση μετάλλου/αμμωνίας και υδριδίου του βορίου Αντιδράσεις με οξειδωτικά αντιδραστήρια H κουμαρίνη ως λακτόνη είναι σχετικά σταθερή σε οξειδωτικά αντιδραστήρια, π.χ. δεν αντιδρά με χρωμικό οξύ. Επίδραση υπερμαγγανικού καλίου όμως έχει ως αποτέλεσμα την πρόκληση εκτεταμένων διασπάσεων. Οξείδωση έχει επιτευχθεί και με άλλα οξειδωτικά αντιδραστήρια όπως τριοξείδιο του χρωμίου, νιτρικό οξύ, όζον, υπεροξείδιο του υδρογόνου κ.α. Μια χαρακτηριστική οξείδωση απεικονίζεται στο σχήμα 23, όπου κατά την επίδραση υπερμαγγανικού καλίου στην κουμαρίνη 33 (χιλιετίνη) σχηματίστηκε το 3,3-διμεθυλοπενταν-2- ονοϊκο οξύ Σχήμα 23: Οξείδωση χιλιετίνης H A: KMn 4 33 A HC 34 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 15

31 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Φωτοχημικές αντιδράσεις Ο φωτοδιμερισμός της κουμαρίνης έχει μελετηθεί σε πολλούς διαλύτες, η φύση των οποίων επηρεάζει αυτήν την πολύπλοκη αντίδραση. Σε πολικό διαλύτη όπως η μεθανόλη, το μοναδικό προϊόν είναι το cis-ισομερές 35 (σχήμα 24) ενώ σε ακετονιτρίλιο σχηματίζεται και το transισομερές 36, που γίνεται το κύριο προϊόν σε άπολους διαλύτες όπως το βενζόλιο ή το διοξάνιο. Επίσης, μικρές ποσότητες του ισομερούς 37 σχηματίζονται σε άπολους διαλύτες. 39 Παρουσία αλκενίων και με ανάλογες συνθήκες, σχηματίζονται κυκλοβουτανικά κουμαρινικά παράγωγα 38 (σχήμα 24). 40 Σχήμα 24: Φωτοχημικές αντιδράσεις της κουμαρίνης H H H H B A H H H H C Et Et 37 A: hv, H; B: hv, βενζόλιο; C: hv, Et Et Άλλες αντιδράσεις Ο πυρονικός δεσμός των κουμαρινών κατά την επίδραση διένιου συμπεριφέρεται ως ασθενές διενόφιλο και δίνει αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης Diels-Alder. 41 Επίσης, οι κουμαρίνες αντιδρούν με 1,3-δίπολα δίνοντας αντιδράσεις διπολικής κυκλοπροσθήκης. 42,43 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 16

32 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) 1.4 ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΡΑΣΕΙΣ ΚΟΥΜΑΡΙΝΩΝ Η βιολογική σημασία των κουμαρινών είναι πολύ μεγάλη, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην παρασκευή φαρμάκων για τη θεραπεία πολλών ασθενειών. Έχει αποδειχθεί πως πολλές κουμαρίνες παρουσιάζουν ισχυρή αντικαρκινική δράση και δράση κατά του HIV. Σημαντική είναι επίσης η αντιφλεγμονώδης και αντιοξειδωτική συμπεριφορά τους, αλλά και η αντιθρομβωτική και καρδιοτονωτική τους δράση Αντικαρκινική Δράση Η αγγειογένεση κατέχει σημαντικό ρόλο σε πολλές θανατηφόρες ασθένειες 44 και θεωρείται ο πιο σημαντικός παράγοντας για την ανάπτυξη των στερεών όγκων, 45 καθώς επίσης για την εισβολή και την μετάσταση αυτών. 46 Έχει βρεθεί ότι πολλά παράγωγα της 6,7- διμεθυλοκουμαρίνης αποτελούν αναστολείς της αγγειογένεσης. 47 Πρόσφατα, ο Lee και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι ορισμένα φθορίζοντα 7- διαλκυλαμινο-3,4-υποκατεστημένα κουμαρινικά παράγωγα εμφανίζουν αντιπολλαπλασιαστική δράση έναντι ορισμένων σειρών καρκινικών κυττάρων. Συγκεκριμένα, από μια σειρά 7- διαλκυλαμινο-3,4-υποκατεστημένων κουμαρινών, οι ενώσεις 39, 40 (σχήμα 25) κατέδειξαν ισχυρή ανασταλτική δράση έναντι της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με την εισαγωγή βενζοθειαζολυλο-ομάδας και ανάλογων τέτοιων ομάδων στη θέση-3 του κουμαρινικού δακτυλίου, βελτιώνεται η συνολική ανασταλτική δράση των κουμαρινικών παραγώγων. Επιπρόσθετα, η εισαγωγή κυανο-ομάδας στη θέση-4, προσδίδει επιλεκτικότητα σε ορισμένα είδη καρκινικών κυττάρων. Οι ενώσεις αυτές ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν ως βάσεις για την ανάπτυξη μη τοξικών αγγειογενετικών αναστολέων. 48 Σχήμα 25: Φθορίζοντα κουμαρινικά παράγωγα με αντικαρκινική δράση Et 2 Et 2 S C Επίσης, έρευνες που έγιναν από τη Reddy και τους συνεργάτες της, έδειξαν πως τα κουμαρινο-3-σουλφοναμίδια 41a-e (σχήμα 26) αναστέλλουν σημαντικά την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων. Ειδικότερα, τα παράγωγα αυτά, ενεργοποιούν την πρωτεΐνη c-jun H 2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 17

33 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) (JK1), η οποία είναι μέλος των πρωτεϊνικών κινασών που ενεργοποιούνται με το στρες και οι οποίες εμπλέκονται στην κυτταρική απόπτωση. 49,50 Σχήμα 26: Κουμαρινο-3-(Ν-αρυλο)-σουλφοναμίδια με αντικαρκινική δράση X Y 2 S H 41a-e a: X=4-; Y=8-Br b: X=4-; Y=6-Br c: X=4-Br; Y=6- d: X=4-Br; Y=8-Et e: X=4-Br; Y=8-Cl Παρόμοια, ορισμένα κουμαρινο-3-καρβοξαμίδια παρουσίασαν υψηλή επιλεκτικότητα και αναστολή της ανάπτυξης των καρκινικών όγκων, σε σειρές καρκινικών κυττάρων του μαστού. 33 Η δράση τους αυτή εκτιμήθηκε μέσω της ικανότητας τους να αναστέλλουν την φωσφωρυλίωση της ErbB-2, που σχετίζεται με την μείωση της ενεργοποίησης της ERK1 MAP κινάσης, η οποία εμπλέκεται στην πολλαπλασιαστική πορεία. Έτσι λοιπόν, αναστέλλοντας την ErbB-2 σε σειρές καρκινικών κυττάρων που περιέχουν σε μεγάλο βαθμό τον υποδοχέα, επιτυγχάνεται αναστολή της ανάπτυξης και κυτταρικός θάνατος. 50 Επίσης, τέσσερις φυσικές κουμαρίνες της οικογένειας Callophyllum dispar (Clusiaceae), παρουσιάζουν σημαντική αντικαρκινική δράση. Η δράση τους αυτή εκτιμήθηκε μέσω της ικανότητας τους να αναστέλλουν την P-γλυκοπρωτεΐνη (P-gp), σε ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα (Κ562/R7). 51 H ανάπτυξη αντίστασης και αντοχής του νεοπλασματικού κυττάρου στα κυτταροστατικά φάρμακα (Multidrug resistance, MDR), είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της θεραπείας του καρκίνου 51 και προσδιορίζεται γενετικά με την ενεργοποίηση ειδικών για την αντίσταση γονιδίων, που κωδικοποιούν την Ρ-γλυκοπρωτεΐνη. 52 Οι μηχανισμοί ανάπτυξης αντίστασης στα κυτταροστατικά φάρμακα είναι διάφοροι και περιλαμβάνουν είτε αυξημένη αποβολή του φαρμάκου από το κύτταρο ενεργητικά είτε ελάττωση της σύνδεσης και πρόσληψης του από το κύτταρο. Επίσης είναι δυνατή η αναστολή της δράσης ενζύμων που είναι απαραίτητα για την ενεργοποίηση των κυτταροστατικών φαρμάκων ή περιλαμβάνουν αύξηση της δραστηριότητας των μηχανισμών του κυττάρου που επανορθώνουν τις βλάβες του γενετικού υλικού. 52 Ακόμα, η κουμαρίνη και η 7-υδροξυκουμαρίνη, παρουσιάζουν αντικαρκινικές και αντιμεταστατικές ιδιότητες. 53 Έρευνες που έγιναν σε δύο σειρές ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων του πνεύμονα, αδενοκαρκίνωμα (Α427) και επιδερμικό καρκίνωμα (Calu-1), κατέδει- ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 18

34 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) ξαν ότι οι ουσίες αυτές μειώνουν την έκφραση της πρωτεΐνης bcl-2 καθώς και την λειτουργία επιβίωσής της. Η πρωτεΐνη αυτή ευθύνεται για ογκογενετικές μεταλλάξεις, που η συσσώρευσή τους στο φυσιολογικό κύτταρο μπορεί να οδηγήσει στην καρκινογένεση. Επίσης, υπερβολικά επίπεδα αυτής της πρωτεΐνης μπορούν να καθυστερήσουν την ανταπόκριση των καρκινικών κυττάρων στην φαρμακευτική αγωγή. 54 Επιπλέον, οι έρευνες έδειξαν ότι τα Α427 κύτταρα είναι πιο ευαίσθητα στις δυο ουσίες από ότι τα Calu-1 κύτταρα και η 7-υδροξυκουμαρίνη είναι πιο ενεργή από την κουμαρίνη, μάλλον εξαιτίας της ομάδας του υδροξυλίου στον C-7 του κουμαρινικού δακτυλίου. Και οι δυο ουσίες παρουσίασαν χαμηλή τοξικότητα στα φυσιολογικά κύτταρα και η επίδρασή τους στα καρκινικά κύτταρα συνιστά αυτές για χημειοπροληπτική θεραπεία αλλά και για την θεραπεία των όγκων με τη συνδυασμένη χρήση τους. 55 Ορισμένα κουμαρινικά παράγωγα (σχήμα 27) που απομονώθηκαν από τον φλοιό του δέντρου Kayea assamica (Clusiaceae), παρουσιάζουν ισχυρή κυτταροτοξική δράση έναντι καρκινικών κυττάρων του παχέως εντέρου (Col2), του δέρματος (ΚΒ) και του προστάτη (LCaP). 56 Η παρουσία της 7-υδροξυ-ομάδας θεωρείται σημαντική για την κυτταροστατικότητα και βρίσκεται σε συμφωνία με την αναφορά ότι η 7-υδροξυ-κουμαρίνη, που είναι και ο κύριος ανθρώπινος μεταβολίτης της κουμαρίνης, έχει ανασταλτικές ιδιότητες στην ανάπτυξη κακοηθών όγκων σε in vitro έρευνες. 57 Σχήμα 27: Φυσικά παράγωγα της κουμαρίνης με αντικαρκινική δράση H H 42 R= H H H R 43 R= 44 R= 45 Άλλα πάλι κουμαρινικά παράγωγα που απαντώνται στη φύση, όπως οι γραμμικές φουροκουμαρίνες, ιμπερατορίνη και ισοπιμπινελίνη, έχουν αντικαρκινική δράση. Η δράση τους αυτή εκτιμήθηκε με βάση την ικανότητά τους να αναστέλλουν το σχηματισμό όγκων σε μαστικό αδένα ποντικιού που προκαλούνται από το σχηματισμό δεσμών του 7,12-διμεθυλοβενζο[α]- ανθρακενίου (DMBA) με το DA. Το DMBA ανήκει στους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAHs) που σχετίζονται με τον καρκίνο του στήθους. 58 Επίσης, η ιμπερατορίνη ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 19

35 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) και μια άλλη κουμαρίνη, η μπεργαμοτίνη, εμποδίζουν το σχηματισμό PAH όγκων στο δέρμα ποντικιών, αναστέλλοντας συγκεκριμένο κυτόχρωμα στη μεταβολιτική ενεργοποίηση των PAH. 59,60 Παράγωγα της 4-μεθυλοκουμαρίνης που απομονώθηκαν από τα φύλλα του δέντρου Marila pluricostata, παρουσιάζουν κυτταροστατικότητα έναντι τριών ειδών ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων. Τα κύτταρα προέρχονται από το στήθος (MCF-7), από τους πνεύμονες (H-460) και από το κεντρικό νευρικό σύστημα (SF-268). 61 Τέλος, πολλά 8-υποκατεστημένα 7-μεθοξυ-κουμαρινικά παράγωγα που απομονώθηκαν από το φυτό Murraya 62 αλλά και 4-υποκατεστημένα κουμαρινικά παράγωγα από το φυτό Calophyllum brasiliense, 63 παρουσιάζουν δράση κατά των καρκινικών όγκων. Επιπρόσθετα, πολλά σύμπλοκα των κουμαρινών με δημήτριο, 64 ζιρκόνιο, 65 και λανθάνιο, 66 παρουσιάζουν κυτταροστατική δράση Αντι-HIV Δράση Το σύνδρομο επίκτητης ανοσοποιητικής ανεπάρκειας (AIDS), προκαλείται από τον ιό ανθρώπινης ανοσοποιητικής ανεπάρκειας (HIV). Ο ιός αυτός οδηγεί στη λειτουργική βλάβη του ανοσοποιητικού συστήματος και τελικά στην καταστροφή του, καταστρέφοντας διαδοχικά την ικανότητα του οργανισμού να αμύνεται έναντι των μολυσματικών ασθενειών. 67 Κουμαρίνες που απαντώνται στο φυτικό βασίλειο βρέθηκε ότι αναστέλλουν διάφορα στάδια του κύκλου αναπαραγωγής του HIV. Οι κουμαρίνες αυτές μπορεί να παρεμποδίζουν την προσβολή από τον ιό είτε να παρεμποδίζουν την αντιγραφή του είτε να αναστέλλουν ένζυμα όπως οι πρωτεάσες, ιντεγκράσες και οι αντίστροφες μεταγραφάσες που καταλύουν ζωτικές για τον ιο ενζυμικές αντιδράσεις. Έτσι λοιπόν, πολλές πυρανοκουμαρίνες, τετρακυκλικές κουμαρίνες αλλά και άλλες κουμαρίνες με αντι-hiv δράση παρουσιάζονται αναλυτικά. 68 Διάφορες πυρανοκουμαρίνες είναι αξιοσημείωτες λόγω των πολλών βιολογικών δράσεων που παρουσιάζουν, μεταξύ αυτών και η αντι-hiv δράση. Η κουμαρίνη 51 (σχήμα 28) αποτελεί μια νέα τάξη από δραστικούς αντι-hiv παράγοντες που είναι δομικά μοναδικοί σε σύγκριση με άλλα γνωστά φάρμακα κατά του AIDS. Ο μηχανισμός της δράσης της δεν έχει προς το παρόν διευκρινιστεί. 68 Η μεθυλο-υποκατάσταση στη θέση 3, 4 ή 5 (ουσίες 52a, b και c) αυξάνει σημαντικά την δραστικότητα σε σύγκριση με αυτή της ένωσης (DCK) 52d. Αν και η μεθοξυλίωση στη θέση 3, 4 ή 5 δεν έχει την ίδια επίδραση στη δραστικότητα όσο η μεθυλίωση, η 5-μεθοξυ DCK 52e διατηρεί την δραστικότητα. Επιπρόσθετα, τα διυποκατεστημένα DCK παράγωγα όπως η 4- μεθυλο-5-μεθοξυ DCK 52f είναι μια από τις πιο υποσχόμενες ουσίες, παρουσιάζοντας παρόμοια ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 20

36 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) δραστικότητα με την 52b και πολύ μεγαλύτερη από την DCK. Τα υπόλοιπα διυποκατεστημένα παράγωγα 52g-j είναι λιγότερο δραστικά από την DCK. Οι παρατηρήσεις αυτές υποδηλώνουν ότι η δραστικότητα δε διατηρείται, όταν δυο μεθυλο- ή άλλοι αλειφατικοί υποκαταστάτες τοποθετούνται στον πυρήνα της κουμαρίνης του τύπου 52 και ενισχύουν την υπόθεση ότι μια επίπεδη δομή είναι βασικό χαρακτηριστικό για τη δράση κατά του AIDS. Τέλος, ορισμένες 3- υποκατεστημένες κουμαρίνες διατηρούν τη δράση τους όταν ο υποκαταστάτης είναι πολικός, όπως για παράδειγμα η 3-υδροξυμεθυλο 52k και η 3-διβρωμομεθυλο 52l. 68 Σχήμα 28: Τετρακυκλικά κουμαρινικά παράγωγα με δράση κατά του AIDS 51 R 4 R 3 R 2 52a-l R 1 a: R 1 =, R 2 =R 3 =R 4 =H b: R 2 =, R 1 =R 3 =R 4 =H c: R 3 =, R 1 =R 2 =R 4 =H d: R 1 =R 2 =R 4 =R 4 =H e: R 3 =, R 1 =R 2 =R 4 =H f: R 2 =, R 3 =, R 1 =R 4 =H g: R 1 =R 2 =, R 3 =R 4 =H h: R 2 =R 3 =, R 1 =R 4 =H i: R 1 =R 3 =, R 2 =R 4 =H j: R 2 =R 4 =, R 1 =R 3 =H k: R 1 =CH 2 H, R 2 =R 3 =R 4 =H l: R 1 =CH 2 Br, R 2 =R 3 =R 4 =H Το 1992 ανακαλύφθηκαν και απομονώθηκαν κουμαρινικά παράγωγα, οι καλανολίδες από το φυτό Calophyllum lanigerum, οι οποίες είναι ενεργές έναντι του HIV-1, σε πρώιμο στάδιο αναπαραγωγής του. 69 Πρόκειται για τετρακυκλικές κουμαρίνες που ο C δακτύλιος τους περιέχει μια gem-διμεθυλο-ομάδα. Παραδείγματα αποτελούν τα κουμαρινικά παράγωγα 53a-c και 54a (σχήμα 29). 70 Οι πιο δραστικές ουσίες της ομάδας αυτής είναι οι ενώσεις 53a και 54a καθώς και τα 7,8-υδογονομένα παράγωγά τους 55 και 56 (σχήμα 29), που παρουσιάζουν την ίδια δραστικότητα αντίστοιχα. 68 Τα παράγωγα 53b και 53c κατέδειξαν σημαντικά λιγότερη δραστικότητα σε σύγκριση με τα άλλα, 71 με αποτέλεσμα οι ογκώδεις υποκαταστάτες στον C-4 να θεωρούνται απαραίτητοι για την αύξηση της δραστικότητας των τετρακυκλικών κουμαρινικών παραγώγων αυτού του τύπου. 68 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 21

37 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ: ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ) Σχήμα 29: Κουμαρινικά παράγωγα από το φυτό Calophyllum lanigerum με δράση κατά του AIDS B 6 5 R C R R 2 4 A 3 2 R 1 R H H a: R=n-Pr, R 1 =H, R 2 =H b: R=, R 1 =H, R 2 =H c: R=, R 1 =H, R 2 =H d: R=Ph, R 1 =H, R 2 =H e: R=Ph, R 1 =H, R 2 =H a: R=Pr, R 1 =H b: R=Ph, R 1 =H Μια άλλη ομάδα τετρακυκλικών κουμαρινών απομονώθηκαν από δέντρο της Μαλαισίας, το Calophyllum inophyllum Linn Τα πιο ενεργά παράγωγα της ομάδας αυτής είναι οι κουμαρίνες 53d,e και 54a,b (σχήμα 29), οι οποίες έχουν μικρές στερεοχημικές διαφορές από τις δραστικές κουμαρίνες 53a και 54a. 74 Η δράση των παραπάνω τετρακυκλικών κουμαρινικών παραγώγων εκτιμήθηκε μέσω της ικανότητάς τους να αναστέλλουν το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση που εμπλέκεται στην αναπαραγωγική πορεία του ιού. 75 Ημι-συνθετικά αντιπηκτικά φάρμακα όπως η βαρφαρίνη (warfarin) 8 και η ένωση (phenprocoumon) 57 (σχήμα 30), βρέθηκε ότι είναι αναστολείς της HIV-πρωτεάσης. Η HIVπρωτεάση, αποτελεί ένα σημαντικό ένζυμο-στόχο στην έρευνα του AIDS. Προκαταρτικές έρευνες υποδεικνύουν ότι η ομάδα 4-υδροξυ και η υποκατάσταση στην θέση-3 της κουμαρίνης, είναι απαραίτητες για την δραστικότητα. 76 Παρόμοια δράση παρουσιάζει και η ένωση 58 (σχήμα 30) και πολλά παράγωγά της αποδείχθηκαν πιο δραστικά. Το δραστικότερο παράγωγο της σειράς αυτής είναι η ένωση 59 (σχήμα 30). 77,78 Σχήμα 30: Διάφορα κουμαρινικά παράγωγα, αναστολείς της HIV-πρωτεάσης H H R H 58 8: R=CCH 3 57: R=H 59 CH 3 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΛΑΦΑΖΑΝΗ ΙΩΑΝΝΗ 22