Sinteza in karakterizacija derivatov morfina kot intermediatov pri razvoju novih učinkovin za zdravljenje kronične bolezniGrutschreiber, Peter (Avtor) Gobec, Stanislav (Mentor) Moreira, Vânia M. (Komentor) pain opioids morphine acetylation silyl ethersBolečina je neprijetna zaznavna in čustvena izkušnja, običajno nastala zaradi škodljivega dražljaja. Ima pomembno opozorilno in zaščitno vlogo, saj živčnemu sistemu omogoča, da telo obvešča o prisotni ali morebitni nevarnosti, o bolezni ali kaže na poškodbo tkiva. Čeprav je bolečina nepogrešljiva iz evolucijskega vidika, lahko v nekaterih primerih signifikantno poslabša kvaliteto življenja. Vsak četrti Slovenec naj bi trpel za kronično bolečino, pri starosti nad 60 let pa se ta delež poveča že na 34%. Posledično je bolečina danes najpogostejši razlog za obisk zdravnika v razvitem svetu. Za njeno zdravljenje poznamo več vrst zdravil: nesteroidna protivnetna zdravila, lokalne anestetike, kanabinoide, antidepresive, antiepileptična zdravila in opioidne analgetike. Opioidi spadajo med najstarejša zdravila, uporabljali naj bi se namreč že pred več kot 2000 leti, pridobljeni iz maka. Glavni opioid v iz opija, morfin, je bil izoliran v začetku 19. stoletja, kmalu po tem se je začel vzpon uporabe opioidov v zdravstvu, kljub temu, da je bila strukturna formula morfina razkrita šele leta 1925. To je vodilo v razvoj novih opioidnih derivatov, njihova uporaba pa je skokovito narasla predvsem v devetdesetih letih. Uporabljajo se predvsem za zdravljenje akutne in kronične bolečine, v manjši meri tudi za zdravljenje kašlja in konstipacije. Eden izmed razlogov za njihovo splošno razširjenost je uspešno blaženje šibke do močne bolečine. Kljub temu, da se nekateri bolniki ne odzivajo na nekatera protibolečinska zdravila, opioidi delujejo na praktično celotni populaciji. Vseeno pa je pomembna tudi negativna stran opioidov, predvsem njihovi neželeni učinki (konstipacija, depresija respiratornega centra) in možnost pojava odvisnosti pri dolgotrajnem zdravljenju.Poznamo tri glavne skupine opioidnih receptorjev: μ, δ in κ. Vsi trije spadajo med receptorje, sklopljene z G proteini vendar imajo različne afinitete do različnih učinkovin. Vsak izmed receptorjev ima značilne funkcije, tako da učinkovine, ki so selektivne na različne podtipe opioidnih receptorjev, izražajo različne učinke na telo. Nahajajo se pretežno v centralnem živčevju, vendar so v manjši meri prisotni tudi periferno (npr. μ receptorji v prebavnem traktu, njihova aktivacija vodi do konstipacije). Kristalna struktura opioidnih receptorjev je bila raziskana šele pred nekaj leti, kar je omogočilo boljši vpogled v njihovo delovanje in lažje razumevanje odnosa med strukturo in delovanjem. Izkazalo se je, da so vsi trije tipi receptorjev strukturno podobni, vendar se razlikujejo v aminokislinski sestavi, kar vodi do različne 3-D strukture in razlik v vezavnem mestu, kar se posledično kaže v selektivnosti podtipov opioidnih receptorjev do različnih učinkovin. Poleg tega je značilno, da lahko različni podtipi receptorjev tvorijo dimere, zato lahko vezava spojine na en tip receptorja vodi do spremembe konformacije drugega receptorja v paru, kar vodi do fiziološke spremembe. Pri razumevanju delovanja opioidov v centralnem živčevju imajo velik pomen tudi glia celice. Pri bolnikih z kronično bolečino je bilo ugotovljeno, da glia celice v centralnem živčevju modulirajo percepcijo bolečine. Poizkusi so pokazali, da lahko uporaba spojin, ki omejujejo metabolično aktivnost glia celic, privede do zmanjšanja percepcije bolečine in da lahko aktivacija astrocitov in mikroglie vodi do ojačenja občutenja bolečine. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko nekateri opioidi povzročijo zmanjšanje njihovega nociceptivnega delovanja preko aktivacije neopioidnih glia receptorjev. Študije so torej pokazale izjemno kompleksno prepletenost delovanja med opioidnimi receptorji, nevroni in glia celicami. Pomembno je, da se teh povezav zavedamo, saj bo le celovit pristop k razvoju novih opioidnih analgetikov in dobro razumevanje povezav v centralnem živčevju omogočil uspešen napredek pri razvoju novih, varnejših protibolečinskih zdravil. V okviru raziskovalnega dela za magistrsko nalogo smo hoteli sintetizirati več opioidnih derivatov, ki so se kasneje uporabljali za nadaljnjo sintezo novih opioidov, s ciljem razvoja novih spojin za testiranje na celičnih linijah in nadaljnji razvoj. V okviru naloge smo se osredotočili na zaščito za hidroksilni skupini in za zaščito terciarnega amina, identifikacijo in analizo produktov in optimizacijo sinteznih postopkov. Prva sinteza je obsegala monoacetilacijo morfina, zaščito amina z metil karbamatom in oksidacijo preostale hidroksilne skupine do ketona. V prvem koraku je bila izvedena monoacetilacija z acetanhidridom v piridinu pri 90 ºC, vendar smo se zaradi prisotnosti diacetiliranega stranskega produkta odločili za izvedbo reakcije v vodi pri sobni temperaturi v prisotnosti anorganske baze, kar je vodilo do zadostno čistega produkta. V naslednjem koraku je bil monoacetiliranemu morfinu dodan presežek metil kloroformata v kloroformu ob prisotnosti anorganske baze. Produkt je bil prečiščen s kolonsko kromatografijo, da smo dobili čist produkt. V zadnjem koraku smo hidroksilno skupino oksidirali z manganovim (IV) oksidom. Reakcija je bila izvedena po obstoječi literaturi, kjer je bila reakcija uporabljena za strukturno podobno spojino. Zaradi težav pri spremljanju poteka reakcije s TLC smo poskušali najti alternativni način oksidacije. Poizkusili smo uporabiti Dess-Martin periodinan, vendar se reakcija ni izkazala za primerno zaradi nastajanja iodinana kot stranskega produkta. Tega zaradi uporabe majhnih količin pri reakciji nismo mogli v celoti odfiltrirati brez izgube signifikantne količine produkta. Zato smo se odločili, da je v našem primeru oksidacija z manganovim dioksidom primernejša. Drugi sklop sintez je obsegal sintezo silil etrov. Di-TBDPS eter je bil sintetiziran že prej, tako da smo sintetizirali še di-TBDMS eter ob prisotnosti imidazola v DMF. Reakcija je delovala brez težav, nato pa smo oba produkta zreagirali z metil kloroformatom za sintezo metil karbamata. Pri tretjem sklopu sintez smo poskusili sintetizirati ditrifluoroacetil morfin ob uporabi pogojev za sintezo diacetil morfina in z zamenjavo acetanhidrida z trifluoroacetanhidridom. Izkazalo se je, da reakcija ne poteče po pričakovanjih, saj smo po kolonski kromatografiji dobili 6-trifluoroacetil morfin. Tudi tega smo poskusili zaščititi z metil karbarmatom, vendar se je izkazalo, da se tekom reakcije trifluoroacetilna skupina odcepi, metil kloroformat pa ima večjo afiniteto do hidroksilnih skupin, kar vodi do mono ali dikarbonatnih derivatov morfina. V okviru dela za nalogo je bilo sintetiziranih 9 spojin; 1 znana in 8 novih. Reakcijske poti so bile izvedene pod različnimi pogoji in optimizirane za čim višji izkoristek ter čistoto produktov. Vsi produkti reakcij so bili identificirani z NMR, IR in HRMS (razen trifluoroacetil morfin, v tem primeru se je trifluoroacetilna skupina odcepila med HRMS analizo, tako da nismo dobili pravega rezultata) in imeli določeno tališče. Pridobljeni produkti bodo uporabljeni za nadaljnje raziskave in razvoj novih spojin z željami za uspešno testiranje na celičnih linijah in nadaljnjem razvoju v želji po varnejših in efektivnih opioidih.[P. Grutschreiber]20172020-09-21 08:16:32Magistrsko delo/naloga120501sl