Seminario de equipo heterobeta nas
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Estudio sistemático de diversos modelos estructurales sencillos basados en cationes quinolizinio. Síntesis de librería, estudio de propiedades intercalantes ADN y evaluación de potencial actividad biológica. Seminario de Equipo Heterobetaínas. Cationes heteroaromáticos.

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Seminario de equipo heterobeta nas

Estudio sistemático de diversos modelos estructurales sencillos basados en cationes quinolizinio. Síntesis de librería, estudio de propiedades intercalantes ADN y evaluación de potencial actividad biológica

Seminario de Equipo Heterobetaínas

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Cationes heteroaromáticos sencillos basados en cationes quinolizinio.

Cationes tipo quinolizinio

Biciclo, 2 de 6 miembros, N+-cabeza de puente

Cationes tipo azolio

Heterociclos de 5 miembros

Cationes tipo azolio

Heterociclos de 6 miembros

- Presentes en productos naturales

- Colorantes fluorescentes

- Surfactantes catiónicos

- Biocidas

- Compuestos antiproliferativos

- Líquidos iónicos …

- Presentes en productos naturales

- Compuestos antiproliferativos (1984)

- Inhibidores de proteínas quinasas de la familia CKII (1997)

- Colorantes fluorescentes (2005)

Ej. cationes indolo[2,3-a]quinolizinio

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Productos naturales con motivos quinolizinio sencillos basados en cationes quinolizinio.

(heteroaromáticos, cationicos, N+ cabeza de puente)

Indolo[2,3-a]quinolizinio

Quinolizinio

1. Vaquero, Juan J.; Alvarez-Builla, J. Heterocycles Containing a Ring-Junction Nitrogen in Modern Heterocyclic Chemistry.Julio Alvarez-Builla, Juan J. Vaquero and Jose BarluengaEds. 2011, WILEY-VCH Verlag, vol. 4, cap. 22.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Precedentes Grupo: quinolizinios con interés farmacológico sencillos basados en cationes quinolizinio.

  •  Etapa clave de la síntesis.

    • Condensación de Westphal (mecanismo desconocido, fuertemente dependiente de la sal de cicloimonio de partida, del compuesto 1,2-dicarbonílico, base, disolvente, temperatura …).2

      • Condensación de Westphal intramolecular.3

      • Condensación de Westphal en fase sólida.4

    • Reacciones de metátesis.5

2. Como referencia en nuestro grupo : “Aplicación de la condensación de Westphal para la síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN”; tesis del Dr. Jorge G. Siro. Julio 1998, UAH.

3. “ Síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN via condensación de Westphal inter- e intramoleculr”, tesis del Dr. Valentín Martínez. Noviembre 1999, UAH.

4. “Síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN derivados de b-carbolina”; tesis del Dr. Enrique J. Benito. Abril 2004, UAH.

5. “Síntesis de quinolizinio y cationes análogos por reacción de metátesis”; tesis de la Dr. Ana Nuñez. Marzo 2006. Posteriores trabajos de tesis de Beatriz Abarca, Raúl Custodio…

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Precedentes Grupo: quinolizinios con interés farmacológico sencillos basados en cationes quinolizinio.

  • Objetivo : interés farmacológico.

    - Síntesis de estructuras “grandes” por condensación de Westphal. Estudio intercalación o bisintercalación ADN en algunos de los ejemplos.

    - Síntesis de un número limitado de dímeros simétricos, unidos a través de una cadena tipo diamida, 6,4 diamina (cuaternaria), 6,4 o alquino.2 Estudio intercalación ADN.6

  • Resultado : trabajos (tesis, publicaciones, …)

    - Estructuras funcionalizadas con interés como intercalantes de ADN.

2. “Aplicación de la condensación de Westphal para la síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN”; tesis del Dr. Jorge G. Siro. Julio 1998, UAH.

3. “ Síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN via condensación de Westphal inter- e intramolecular”, tesis del Dr. Valentín Martínez. Noviembre 1999, UAH.

4. “Síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN derivados de b-carbolina”; tesis del Dr. Enrique J. Benito. Abril 2004, UAH.

5. “Síntesis de quinolizinio y cationes análogos por reacción de metátesis”; tesis de la Dr. Ana Nuñez. Marzo 2006. Posteriores trabajos de tesis de Beatriz Abarca, Raúl Custodio…

6. “Nuevos agentes intercalantes sobre ADN: derivados de pirido [1,2-a] y piridazino [1,6-a] bencimidazolio”; tesis del Dr. Joaquín Pastor. Octubre 1994, UAH; “Nuevos agentes intercalantes de ADN derivados de g-carbolina”; tesis del Dr. Andrés Molina. Mayo 1995, UAH; y, más recientemente, ref. 4.

7. “Desarrollo y validación de nuevas metodologías para la caracterización de la interacción de ligandos con ADN. Estudio de la unión de cromóforos catiónicos heteroaromáticos con potencialidad intercalante”; tesis de la Dr. Verónica García. Julio 2009.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Precedentes Grupo : Estructuras sencillos basados en cationes quinolizinio.

1. “Nuevos agentes intercalantes sobre ADN: derivados de pirido [1,2-a] y piridazino [1,6-a] bencimidazolio”; tesis del Dr. Joaquín Pastor. Octubre 1994, UAH

2. “Nuevos agentes intercalantes de ADN derivados de g-carbolina”; tesis del Dr. Andrés Molina. Mayo 1995, UAH.

3. “Aplicación de la condensación de Westphal para la síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN”; tesis del Dr. Jorge G. Siro. Julio 1998, UAH.

4. “Síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN derivados de b-carbolina”; tesis del Dr. Enrique J. Benito. Abril 2004, UAH.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Precedentes Grupo : Estructuras sencillos basados en cationes quinolizinio.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Estructuras “base” sencillos basados en cationes quinolizinio.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Objetivos de nuestro proyecto sencillos basados en cationes quinolizinio.

Estudio sistemáticode intercalación de ADN en función de la heterobetaína

y evaluación de la actividad biológica de los productos.

  •  Síntesis + sencillos →¡Compuestos no descritos!

  • Selección de compuestos 1,4-dinucleófilos más SIMPLES: revisión de precedentes equipo.

  • › Síntesis de sales de cicloimonio (N+-NH2 y N+-CH2CO2Et).

  • Condensación de Westphal (“end-game” series) con el 1,2-dicarbonílico más sencillo : DODO.

  • › Optimización.

  •  Ensayos de Intercalación con el ADN →¡No hay estudio sistemático!

  • Estudio de las propiedades de intercalación de ADN : screening “homogéneo” de los compuestos preparados (mismas condiciones método: análisis de curvas de fusión interacción ADN-comp).

  • › Identificación de la “serie sencilla” más intercalante. → Diversificación.

  • Evaluación de la posible selectividad por ácidos nucleicos (AT o GC).

  •  Potencial actividad biológica, fluorescencia …

  • Estudio de potencial actividad de los compuestos por citometría de flujo (colaboración ?)

  • Posible interés como colorantes fluorescentes.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Selectividad sencillos basados en cationes quinolizinio.

vs estructura

Intercalantes

de ADN

Estudio homogéneo del potencial intercalante

Métodos para estudiar la interacción selectiva con ADN

“Footprinting”

Calorimetría

Espectroscopía RMN

 Cristalografía de rayos X

Desplazamiento de la fluorescencia, FID(“Fluorescent Intercalator Displacement”)

→ Análisis de curvas de fusión interacción ADN – compuesto. Prof. Alberto Domingo.

Ensayo de selectividad

de secuencia ADN

(preferencia AT vs GC)

Ensayo de

Intercalación

con el ADN

Librería de productos

(≠ heterobetaínas sencillas)

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Nuevo método determinación selectividad por secuencia de ADN

Melting curve analysis of FRET-labeled DNA

“FRET-labeled DNA melting assay”

Ensayo basado en curvas de disociación térmica de ADN 8

→ Ventajas vs métodos tradicionales:

 Rápido

Bajo coste

Altamente reproducible

 Muy poca cantidad de muestra

Aplicable a alto número de muestras (HTS)

8. A. Domingo, V. García, Juan J. Vaquero,A highly sensitive and miniaturized fluorescence-based DNA melting assay for DNA-binding ligand screening and profiling,

PCT/ES 210000264, 2010.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Intercalantes ADN

ADN

Interés de los compuestos sintetizados

RT-PCR

“DNA dyes”

Colorantes ADN

Ensayo

fluorescente

Compuestos

fluorescentes

Teñido

de células

Ensayo de

intercalación ADN

Ensayo

antiproliferativo

Librería compuestos

tipo quinolizinio

Potential antitumoral

Selectividad

en función de estructura

Ensayo de selectividad

secuencia ADN

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Síntesis librería: compuestos “sencillos” ADN

  • Etapa final común en síntesis de series : Condensación de Westphal..

 Compuesto 1,2-dicarbonílico más sencillo : glioxal → 1,4-dioxano-2,3-diol = “DODO”,9 equivalente sintético (anh)

  • Sales de alquil/amino cicloiminio más sencillas:

    › Aminación (NH2,con MSH) o alquilación (CH2GEA = éster, acilo, nitrilo, … → CH2CO2Et, decarbox.)

    › YH2 → CH3

    › Parte del heterociclo → quimioteca del equipo (mín. 3 ciclos, ?).7

9. Angew. Chem.- Int. Ed. Eng. 1989, 588; J. Org. Chem.1991, 4858.

10. MSH = O-hidroxilaminomesitilensulfonilo.

7. “Desarrollo y validación de nuevas metodologías para la caracterización de la interacción de ligandos con ADN. Estudio de la unión de cromóforos catiónicos heteroaromáticos con potencialidad intercalante”; tesis de la Dr. Verónica García. Julio 2009.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Revisión de quimioteca del equipo: selección sales de cicloiminio

Sales de b-carbolinolio

Sales de benzoimidazolio y naftoimidazolio

Sal de a-carbolinolio

Sales de g-carbolinolios

Sales de pirrolopirazinio

Sales de pirrolopirimidinio

Sales de perimidinio

16 compuestos

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: serie benzoimidazolio y naftoimidazolio cicloiminio

Naftoimidazolio

√Quimioteca: EBM-007

Preparación de O-hidroxilaminomesitilensulfonato (MSH) a escala multigramo.11

Benzoimidazolio

11. Synthesis1977, 198, 53; proced.exp. N-aminación con MSH nuestro equipo: Tetrahedron1991, 47(35), 7329-7342; J. Org. Chem.1999, 64(11), 3907-3915.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: serie benzoimidazolio y naftoimidazolio cicloiminio

Condensación de Westphal.

Tesis Dr. Jorge G. Siro y publicación del equipo: optimización de condiciones de reacción entre compuesto 1,2-dicarbonílico sencillo y un sustrato “modelo” (N-amino-2-picolina).3, 12 Parámetros considerados :

› Equivalentes sintéticos: glioxal acuoso, dihidrogenosulfito de glioxal, DODO / nº eq = 1-3

› Base: Et3N, NaOAc, K2CO3, KOH / nºeq.: 0.2-2

› Disolvente: EtOH, acetona, THF, CH2Cl2, DMF

› Temperatura reacción: 30 hasta 80ºC

→ Condiciones optimizadas (una sal de cicloiminio): 1.2 eq DODO, 1.2 eq Et3N, DMF, 70ºC 12

3. “Aplicación de la condensación de Westphal para la síntesis de nuevos agentes intercalantes de ADN”; tesis del Dr. Jorge G. Siro. Julio 1998, UAH. Para la optimización, hace un estudio factorial en dos niveles y para condiciones óptimas sigue el método “simplex básico” descrito en Carlson, R. “Design and optimization in organic synthesis” Elsevier, Amsterdam 1992, 89.

12. Publicadas por el equipo en Tetrahedron2000, 56, 2469-2472.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series cicloiminioa- y b-carbolinas

a-carbolina

√Quimioteca: PVL-027

b-carbolinas

Síntesis b-carbolina N+-aminada

Síntesis b-carbolina N+-alquilada

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series cicloiminiog-carbolinas

Síntesis 4-cloro-2-metilpiridina

Síntesis heterociclo: sustitución benzotriazol + descomposición

Ensayo por microondas (doméstico). rso-017.13

  • Más tiempo de irradiación (rso-019): no producto.

  • Calibración equipo necesaria ?

Ensayo calentamiento convencional. rso-028.13

13. Publicado por el grupo en Tetrahedron Lett.1993, 34(16), 2673-2676.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series cicloiminiog-carbolinas

Descomposición triazoderivado intermedio + ciclación = g-carbolina. La nomenclatura … inorgánica !!

rso-060

Publicación del equipo13- texto: “with pyrophosphoric acid”

› Ácido pirofosfórico (ácido difosfórico): H4P2O7; Aldrich, Fluka, Acrôs …CAS [2466-09-3]

Publicación del equipo13 - esquemas: H2P2O7→??

› Ensayo con ácido polifosfórico (ácido ortofosfórico, ácido fosfórico(V)): H3PO4CAS [7664-38-2]

rso-061

Repetir con H3PO4 (+ cantidad) y continuar/finalizar síntesis

13. Publicado por el grupo en Tetrahedron Lett.1993, 34(16), 2673-2676.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo a realizar: series cicloiminiog-carbolinas

Repetir con H3PO4 (+ cantidad) y continuar/finalizar síntesis

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series pirrolopirazinio cicloiminio

Síntesis heterociclo precursor

Síntesis pirrolopirazinio N+-aminado

Síntesis pirrolopirazinio N+-alquilado

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series pirrolopirimidinio cicloiminio

Síntesis heterociclo precursor; condiciones tesis del Dr. Valentín Martínez, 19994 – No reproducible ?

› rso-005; 2 eq fenilendiam., calent. 30 min → no producto

› rso-006; 1 eq fenilendiam., calent. 4h → no producto

› Importancia orden adición: Tetrahedron Lett.2006, 47, 799-801 - (no se llegó a probar).

Síntesis heterociclo precursor; condiciones Dña Patricia Sánchez Alonso. √

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series pirrolopirimidinio cicloiminio

Síntesis pirrolopirimidinio N+-aminado

Síntesis pirrolopirimidinio N+-alquilado

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series perimidinio cicloiminio

Síntesis heterociclo precursor

Síntesis perimidinio N+-aminado

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: series perimidinio cicloiminio

Síntesis perimidinio N+-alquilado

Propuesta: invertir orden de alquilaciones.

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo realizado: vista general cicloiminio

Naftoimidazolio

√Quimioteca: EBM-007

XPdte.

N-alquil; Westphal

Benzoimidazolio

√rso-034-s

a-Carbolina

√Quimioteca; PVL-27

√rso-035-B

+Purif. pdte.

√rso-056-B

+Purif. pdte.

b-Carbolinas

√rso-061-B

Repetir (+cantidad); separ.isóm.;

N-amin/N-alquil.; Westphal

g-Carbolinas

√rso-056-s

+Purif. pdte.

Pirrolopirazinios

√rso-053-s

+Purif. pdte.

Pirrolopirimidinio

√rso-089-s

Westphal pdte.

√rso-090-B

Pdte.Rdto.;Westphal

XPdte.

N-alquil; N-metil.;

Westphal

√rso-051-s

Westphal pdte.

Perimidinio

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo en proceso cicloiminio

1 Completando la síntesis de librería.

- Concluir síntesis de los productos indicados (sales de cicloiminio + Westphal).

- Mayor purificación de algunos compuestos finales.

› Trituración y lavados de los productos crudos.

› Purificación por filtración sobre sílice o cromatografía de intercambio catiónico.

2 Condensación de Westphal. Optimización en función de la sal de cicloiminio.14

› Para cada tipo de sal de cicloiminio. Condiciones tipo seleccionadas:

√ 1. DODO (1.2 eq), Et3N (1.2 eq), DMF, 70ºC; Siro: Tetrahedron2000, 56, 2469-2472.

√ 2. DODO (1 eq), NaOAc (anh, 1 eq), acetona, 56ºC; Tetrahedron1991, 47(35), 7329-7342.

3. DODO (1.1 eq), Et3N (1.1 eq), EtOH (t.a. o refl.); Dña. Patricia Sánchez Alonso.

14. No pretende ser una optimización “completa” (requeriría más tiempo –fin contrato-).

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Trabajo por hacer cicloiminio

1 Completar la síntesis y pendiente toda la caracterización de productos.

› Intermedios no descritos.

› Casi todos los productos finales (nuevos).

2 Informes.

› Informe de mi labor desempeñada para el vicerrectorado de investigación UAH.

› Informe grupo: Parte experimental completa para el equipo.

Agradecimientos

Financiación : Contrato postdoctoral del programa propio de la UAH

Prof. Juan Jose Vaquero / Prof. Julio Álvarez-Builla

Prof. David Sucunza

Demás profesores y compañeros del equipo heterobetaínas

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


Seminario Grupo Heterobetaínas cicloiminioDept. Química Orgánica II

Rosa M. Suárez; 14/02/2013


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