Síntesis de estructuras alfa-metilén-gamma-butirolactónicas y análogos nitrogenados. Evaluación como posibles agentes antitumorales

Abstract

El presente trabajo aborda la preparación de varios compuestos lactónicos naturales y sintéticos de posible actividad antitumoral, aplicando para ello los fundamentos y resultados de nuestras diferentes líneas de investigación como herramienta sintética. Como complemento hemos llevado a cabo la evaluación de su actividad citotóxica hacia líneas celulares de cáncer humano, para estudiar su aplicación como posibles agentes antineoplásicos.

En las primeras aproximaciones, empleamos el protocolo de hidroboración de alenos-adición a aldehídos descrito en nuestro grupo y que permite construir estereoselectivamente sistemas 1,3-diol, a partir de los cuales se puede acceder a estructuras y-butirolactona. En primera instancia sintetizamos el fragmento lactol del antitumoral Halicoblelida, observando el alcance efectivo del proceso tándem de hidroboración-adición. En la segunda aplicación, conseguimos sintetizar la forma natural del antibiótico (—)-Isoavenaciolida, bislactona perteneciente a una familia de compuestos naturales que han demostrado interesantes propiedades farmacológicas.

Sin embargo, el intento de aplicar la reacción tándem de hidroboración de alenos-adición a aldehídos no permitió acceder a la estereoquímica requerida para la preparación de la bislactona (±)-Avenaciolida, un antibiótico natural perteneciente a la misma familia que su homóloga. Para su acceso, aplicamos una metodología de ciclocarbonilación sobre glioxilatos preparados a partir de sistemas alénicos, ampliamente usados en nuestro grupo de investigación. Este proceso, aunque con bajo rendimiento, nos permitió lograr la obtención directa del esperado antibiótico.

El objetivo posterior se focalizó en la obtención del compuesto antitumoral C75, que presentaba como etapa clave de la síntesis la versión intramolecular de una de las herramientas más usadas en el campo de la activación C-H, la alquilación alílica catalizada por complejos de paladio. Sin embargo, a pesar de los números esfuerzos y cambios de estrategia aplicados, el proceso intramolecular no llegó a término y decidimos abandonar la síntesis y centrarnos en la aproximación sintética de una colección de derivados lactámicos basados en la estructura del compuesto líder C75. Nuevamente las condiciones de alquilación intramolecular catalizada por paladio fallaron cuando se aplicaron sobre la amida secundaria en un intento de obtener la correspondiente lactama N-libre. Sin embargo, la aplicación de esta metodología sobre la amida N-bencilada logró desencadenar la transformación alílica generando simultáneamente la y-butirolactama esperada y el producto de acetoxilación alílica fácilmente transformable en la anterior. La posterior conversión del doble enlace en éster de metilo y la introducción de la olefina exocíclica condujeron favorablemente al derivado nitrogenado del C75. Las moléculas descritas, tanto naturales como sintéticas, junto con otros compuestos diseñados en nuestro grupo investigación, fueron destinados a evaluar sus propiedades antitumorales sobre diferentes líneas tumorales como ovario, mama y colón, tomando como control células sanas de fibroblastos gingivales.

La evaluación biológica de moléculas derivadas del C75 nos ha permitido ir elucidando poco a poco las características estructurales necesarias para desencadenar una potente actividad citotóxica hacia líneas tumorales de diferentes tejidos. En base a ello, hemos conseguido diseñar estructuras alfa-metilén-gamma-butirolactónicas y lactámicas racémicas capaces de proporcionar una respuesta anticancerígena mayor que el C75. El ácido DS70 y especialmente el alcohol M10 han conseguido alcanzar unos valores de citotoxicidad importantes para una gama de derivados nitrogenados no estudiados hasta la fecha, poniendo de manifiesto que la presencia de un grupo polar donador de puentes de hidrógeno en la posición beta del anillo, es determinante para frenar la actividad de la enzima FAS y por extensión, la proliferación celular. Este hecho, se ha visto respaldado por los elevados valores de viabilidad obtenidos con moléculas donde el grupo polar, ya fuese ácido o hidroxilo, se encontraba protegido (N11 y N12) o ausente (Avenaciolida e Isoavenaciolida), al no inducir apoptosis en ningún rango de concentración o hacerlo a dosis muy elevadas en cada una de las líneas celulares.

The preparation of various natural and synthetic products having possible antitumor activity is reported. A cytotoxic evaluation using different human cancer cell lines has also been carried out on the new compounds synthesized in order to evaluate their application as possible antineoplastic agents.

Chapter 1 describes the application of the strategy of allene hydroborationaldehyde addition described by our group for synthesizing y-butyrolactones. The first application of this method was directed towards the synthesis of the lactol fragment of the antitumor agent Halicoblelide, which is structurally related to the a-methylene-y-butyrolactone family of compounds. Subsequently a more ambitious objective was undertaken in the total synthesis of the bislactone natural product (-)-Isoavenaciolide. This compound has antibiotic activity and structural similarities to the antitumor agent C75, whose synthesis and biological evaluation was undertaken by Kamil Makowsky in our research group. Unfortunately, the allene hydroboration-aldehyde addition strategy did not provide sufficiently high yields or diastereoselectivities when applied to the synthesis of the natural product (-)-Avenaciolide. As an alternative the cyclocarbonylation of allene substrates, widely used in our group, was employed and allowed the desired natural product to be obtained directly albeit in low yields.

In the first part of Chapter 2 the synthesis of the antitumor agent C75 using an intramolecular alkylation as the key step was attempted. Nevertheless despite carrying out a study on different allylic substrates under a range of conditions, it was not possible to bring about the desired intramolecular reaction required for the synthesis of C75. In the second part of Chapter 2 we centred our attention on the synthesis of a new series of nitrogenated derivates of C75. Again the desired intramolecular alkylation failed when applied to the cyclization of the secondary amide required for synthesizing the corresponding lactam incorporating a free NH group in the final product. Nevertheless the application of the same approach to the N-benzylated substrate did allow the desired y-butyrolactam to be obtained, which was subsequently transformed into trans-70.

In Chapter 3 a study of the antitumor properties of the new compounds using ovarian, breast, and colon human cancer cell lines compared against healthy gingival fibroblast cells as control. The acid trans-70 and especially the alcohol M10 exhibited levels of cytotoxicity higher than those of C75 itself, demonstrating the importance of polar functional groups capable of hydrogen bonding at the 13 position of the ring for promoting inhibition of the FAS enzyme and, by extension, cellular proliferation.