Syntéza a využitie alkaloidu tryptantrínu

Syntéza a využitie alkaloidu tryptantrínu

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
72%
Prevedenie (dizajn)
80%
Diskusná interakcia
90%
PoužívateľVedecká prácaDizajnDiskusná interakcia
RNDr. Zuzana Kudličková PhD.80%80%-
PharmDr. Štefan Husár PhD.60%60%-
Dr. Michal Májek40%60%80%
Natália Nosálová100%100%-
Ing. Zuzana Brnoliaková PhD.80%100%100%
ISBN: 978-80-972360-4-5

Syntéza a využitie alkaloidu tryptantrínu

Jozef Hribík1 , Aneta Salayová , Marcela Valko-Rokytovská , Peter Očenáš ,
1 Univerzita veterinárskeho lekárstva a farmácie v Košiciach, Košice, Slovensko
dodo.hribik@gmail.com

Príroda je nevyčerpateľným zdrojom širokého spektra predlohových chemických štruktúr, ktoré môžu slúžiť k laboratórnej syntéze nových derivátov a byť tak vhodnou perspektívou výskumu a vývoja v oblasti medicíny a farmaceutickej chémie. Medzi takéto látky patria aj alkaloidy, ktoré sú sekundárne metabolity produkované rastlinami a vyznačujú sa rôznorodou fyziologickou aktivitou na organizmus.

Tryptantrín patrí medzi alkaloidy s indolochinazolínovou štruktúrou, ktorého biosyntéza vychádza z metabolickej cesty aminokyseliny L-tryptofánu. Nachádza sa najmä v rastlinách rodu Isatis (Isatis tinctoria) a tzv. indigových rastlinách rastúcich prevažne v Ázii. Mnohé z týchto rastlín sa v tradičnej medicíne dlhodobo využívajú pri rôznych ochoreniach. Tryptantrín bol študovaný pre svoje zaujímavé biologické účinky, ako sú antifungálna, antimikrobiálna [1], protinádorová aktivita [2], alebo inhibícia IDO [3] a COX [4].

Tryptantrínový skelet je možné pripraviť pomocou rozmanitých syntetických prístupov vychádzajúc z rôznych východiskových látok a reakčných podmienok [5,6] Reakcie môžu byť rozdelené podľa toho, či dochádza k vzniku chinazolínového, prípadne indolového kruhu. Na základe dostupných poznatkov bol tryptantrín  pripravený pomocou piatich syntetických postupov s výťažnostou v rozmedzí 31-73%. Z hľadiska výťažnosti je najvýhodnejšia syntéza tryptantrínu z izatínu a anhydridu kyseliny izatovej. Totožnosť a čistota produktov sa potvrdila chromatografickými metódami (TLC, HPLC) spektrálnou analýzou (IČ a NMR), ako aj teplotou topenia.

V práci sú porovnané rôzne syntézy alkaloidu tryptantrínu z hľadiska výťažnosti aj náročnosti syntetických postupov. Tryptantrín má perspektívne terapeutické využitie aj vďaka zaujímavej antimikrobiálnej účinnosti.

Poďakovanie: 
Zdroje: 

[1] J.-M. Hwang, T. Oh, T. Kaneko, A.M. Upton, S.G. Franzblau, Z. Ma, S.-N. Cho, P. Kim, Design, Synthesis, and Structure–Activity Relationship Studies of Tryptanthrins As Antitubercular Agents, J. Nat. Prod. 76 (2013) 354–367.
[2]  A.S. Pathania, S. Kumar, S.K. Guru, S. Bhushan, P.R. Sharma, S.K. Aithagani, P.P. Singh, R.A. Vishwakarma, A. Kumar, F. Malik, The synthetic tryptanthrin analogue suppresses stat3 Signaling and Induces Caspase Dependent Apoptosis via ERK Up Regulation in Human Leukemia HL-60 Cells, PLoS One. 9 (2014) 1–9.
[3]  S. Yang, X. Li, F. Hu, Y. Li, Y. Yang, J. Yan, C. Kuang, Q. Yang, Discovery of tryptanthrin derivatives as potent inhibitors of indoleamine 2,3-dioxygenase with therapeutic activity in lewis lung cancer (LLC) tumor-bearing mice, J. Med. Chem. 56 (2013) 8321–8331.
[4] T. Ishihara, K. Kohno, S. Ushio, K. Iwaki, M. Ikeda, M. Kurimoto, Tryptanthrin inhibits nitric oxide and prostaglandin E2 synthesis by murine macrophages, Eur. J. Pharmacol. 407 (2000) 197–204.
[5] Y. Jahng, Progress in the studies on tryptanthrin, an alkaloid of history, Arch. Pharm. Res. 36 (2013) 517–535.
[6] R. Kaur, S. Kaur, R.K. Rawal, K. Kumar, Bioorganic & Medicinal Chemistry Recent synthetic and medicinal perspectives of tryptanthrin, Bioorg. Med. Chem. 25 (2017) 4533–4552.

Diskusia

V práci uvádzate tri rozne syntezy alkaloidu tryptantrinu z hladiska vytaznosti a narocnosti syntetickych postupov. Vedeli by ste odhadom vycislit ekomicke naklady a porovnat efektivitu ziskavania tryptantrinu pomocou biosyntezy resp. pomocou syntezy? Sam uvadzate nevyhody pouzitia syntetickych metod (A-C) a) zataz pre ziv. prostredie, b) narocna chromatograficka separacia produktu a c) len priemerne vytaznosti reakcii. Aka je teda "konkurencna vyhoda" pouzitia vami testovanych syntez D-E voci biosynteze tryptantrinu? Vopred dakujem za odpovede, ZB

V práci je uvedených 5 syntetických postupov, ktoré boli študované. V literatúre (JAO, Chen-Wei, Wei-Chih LIN, Yao-Ting WU a Pei-Lin WU, 2008. Isolation, Structure Elucidation, and Synthesis of Cytotoxic Tryptanthrin Analogues from Phaius mishmensis. Journal of Natural Products [online]. 2008, roč. 71, č. 7, s. 1275–1279.) je uvedená izolácia viacerých alkaloidov z P. mishmensis, pričom náklady na izoláciu odhadujem na vyššie ako pri syntéze, keďže z 3,5 kg drogy sa izolovalo 0,35 g frakcií s obsahom tryptantrínu (obsah samotného tryptantrínu býva v rastlinách iba v stopových množstvách) po viacnásobnej extracii refluxom v metanole a následnej chromatografickej separácii, ktorá je náročná aj kvôli slabej rozpustnosti tryptantrínu v niektorých organických rozpúšťadlách.
Výhodou syntetických prístupov je hlavne nižšia náročnosť oproti izolácii, keďže ide o pomerne jednoduché syntézy, východzie látky používané pri syntéze sú ľahko dostupné, pričom v niektorých prípadoch (A,D) sa len použitím kryštalizácie podarilo získať vysokú čistotu produktu (eliminujú sa náklady na chromatografickú separáciu).

Chcela by som sa opytat ci metodu syntezy E, s pouzitim menej toxickych chemikalii, t.j. vymeny tietylaminu za uhlicitan draselny a rozpustadla toluenu za etylacetat ste navrhli sami alebo ide o metodu uvadzanu v literature. Urobili ste spektralnu analyzu (UV-VIS) aj pre produkt metody E ? Nevidím ho tam.....Ktorú metódu syntezy tryptantrinu by ste teda odporucali ak by ste mali zohladnit casovu narocnost syntezy/vytaznost/ cistotu produktu/ochranu zivotneho prostredia. Dakujem za odpovede. KCH

Syntetická metóda E bola navrhnutá nami a túto reakciu budem ešte ďalej optimalizovať. UV-Vis spektrá produktu reakcie E neboli doteraz namerané, preto v grafe nie je jeho spektrum uvádzané. Po optimalizácii podmienok predpokladáme ako najvhodnejšiu metódu určite metódu E, a taktiež je priestor na určitú obmenu metódy D (báza, rozpúšťadlo). Literárne zdroje popisujú aj ekologickejšie prístupy syntézy tryptantrínu ako napríklad z izatínu a anhydridu ky. izatovej vo vodnom prostredí pri laboratórnej teplote s použitím β-cyklodextrínu ako katalyzátora, ktorý sa môže regenerovať (výťažnosť nad 90%).

Vami vyvijana metoda, ktora nahradza trietylamin potasou vyzaduje okrem isatinu (ev. indiga v pripade B) isatovy anhydrid. Kedze, ak som spravne pochopil, sa snazite navrhnut zeleny pristup k tryptantrinu, viete uviest akym sposobom sa v priemysle pripravuje vyzadovanz isatovy anhydrid?

Pokusali ste sa optimalizovat syntezu E? Viete aky je osud zbytku vychozich latok (vytazok 26 perc.)? Su UV spektra, ktore uvadzate na obrazku normalizovane? Ak ano, tak ako vysvetlite vyrazne inu absorbanciu latky pripravenej podla metody C? V tabulke uvadzate, ze reakcia E prebiehala v MeCN, ale v slovnom komentari uvadzate, ze to bolo EtOAc - ktora z tychto moznosti je spravna? Vopred dakujem za odpovede, mm.

Anhydrid kyseliny izatovej je možné pripraviť viacerými spôsobmi. Jednou zo syntéz je oxidácia izatínu s CrO3, ktorú sme taktiež vyskúšali. Iným typom syntézy je reakcia kyseliny antranilovej s fosgénom. Indigo ako východzia látka bolo použité iba pri metóde C. Isté zdroje uvádzajú predpokladaný mechanizmus reakcie syntézy z izatínu pričom anhydrid kyseliny izatovej sa považuje za medziprodukt a následnými obmenami postupov a pridaním samotného anhydridu kys. izatovej došlo k zvýšeniu výťažnosti.
V prípade syntézy E je v tabuľke chybne uvedené rozpúšťadlo MeCN, pri reakcii sa použil etylacetát za túto chybu a nepozornosť sa ospravedlňujem. Táto reakcia ešte vyžaduje optimalizáciu, vyskúša sa zvýšenie reakčnej teploty, zmena pomeru izatínu a anhydridu kyseliny izatovej, prípadne prídavok uhličitanu draselného. Pri reakcii zostáva nezreagovaný izatín, preto je potrebné zvýšiť nadbytok anhydridu, ktorý sa v prítomnosti vlhkosti rozkladá (nepoužili sme sušené rozpúšťadlo). Pri reakcii vzniká tiež polárnejšia látka (podľa TLC) ako buď medziprodukt, alebo vedľajší produkt, ktorý sme neizolovali a neidentifikovali. UV spektrá nie sú normalizované a produkt reakcie E nebol nameraný, preto v grafe nie je uvádzaný.