Studii de sinteză și mutagenitate a structurii aminelor aromatice substituite
Studii de sinteză și mutagenitate structurală a aminelor aromatice substituite și a compușilor itro noi strategii pentru reducerea mutagenității O 2 R R H 2 Markus Klein
Studii de sinteză și mutagenitate structurală a aminelor aromatice substituite și a compușilor itro Noi strategii de reducere a mutagenității Disertație pentru obținerea titlului de doctor în științe ale naturii (Dr. rer. Nat.) Catedrei de chimie a Universității Philipps din Marburg prezentată de Markus Klein de la Gronau Marburg/Lahn 2
Părți ale acestei lucrări au fost deja publicate: M. Klein, G. Boche (1999) Sinteza regiospecifică a nitrofluorenelor și aminofluorenelor substituite cu reacția de cuplare egishi ca etapă cheie, Sinteza 7, 1246-125. M. Klein, U. Voigtmann, T. Haack, L. Erdinger, G. Boche (2) De la nitroarenele mutagene la cele nemutagene: Efectul substituenților alchil voluminoși asupra activității mutagene a 4-nitrobifenilului în Salmonella thyphimurium. Partea I. Substituenți orto la grupul nitro și în poziția 2', Mut. Res. 467, 55-68. M. Klein, L. Erdinger, G. Boche (2) De la nitroarenele mutagene la cele non-mutagene: Efectul substituenților alchil voluminoși asupra activității mutagene a nitroaromaticilor din Salmonella thyphimurium. Partea a II-a. Substituenți departe de grupul nitro, Mut. Res. 467, 69-82. Acceptat ca disertație de către Departamentul de Chimie al Universității Philipps din Marburg la data de: 26.6.2 Primul recenzent: Al doilea recenzor: Prof. Dr. G. Boche Prof. Dr. T. Carell Ziua examinării orale: 5.7.2
Mari sunt lucrările Domnului; cine o explorează, se bucură de ea. Psalmul 111, 2
Cuprins I.2 Sinteze și experimente 27 I.2.1 Echipamente, substanțe chimice, metode. 27 I.2.2 4-itrobifenili și 4-aminobifenili cu substanțe alchil și CF3. 21 I.2.3 4-itrobifenili și 4-aminobifenili cu substituenți hidroxi/alcoxi. 22 I.2.4 4-itrobifenili și 4-aminobifenili cu substituenți dialchilamino. 233 I.2.5 Alte 4-itrobifenili și 4-aminobifenili. 238 I.2.6 2-itrofluoren și 2-aminofluoren. 241 I.2.7 Compuși heteroaromatici. 25 I.2.8 4-itrostilbene. 257 I.3 Studii de mutagenitate 26 J Bibliografie. 261 III
Lista abrevierilor Fig. Ad AIB Arom ATP AcCo A dba CYP d DC DCC DCM DME DMF dppe dppf dppp EE EtOH h IF HMPTA HMDS MO BS PAH PAPS PE PPA Py QSAR THF TAV TBABr 3 TPPTS TFP UDP Figura Adamantyl azobis-isobutyronitrile acetil coenzima A -dibenzilidenacetonă citocromul zile P cromatografie în strat subțire diciclohexilcarbodiimida diclormetan dimetoxietanul dimetilformamidă 1,2-bis (difenilfosfino) etan 1,1'-bis (difenilfosfino) ferocen 1,3-bis (difenilfosfino) ferocen 1,3-bis (difenilfosfino methylsacetamethoxyno Acid (difenilfosfin acetat de acid etil) -hexametranolacetametroxyno (acetat de etil al acidului diphenylphosphinoic) (difenilfosfino acetat de etil de acid) (difenilfosfino acetat de etil de acid) (difenilfosfino acetat de etil de acid) (difenilfosfino acetat de etil al acidului) 3'-fosfoadenozin-5'-fosfosulfat de eter petrolier policiclic (4-6 C) acid polifosforic piridină Structura cantitativă relație de activitate tetrahidrofuran Instrucțiuni de lucru tipice Tetrabutilamoniu tribromură trisodic-3,3 ', 3' - acid fosfantriilbenzensulfonic tris (2)
Introducere A.3 Scopurile și structura acestei lucrări Printre numeroasele substanțe mutagenice și cancerigene, aminele aromatice și itroaromaticele au o importanță enormă. Numeroși reprezentanți ai acestor clase de substanțe sunt produși și implementați pe scară largă în industrie, dar se formează și în timpul proceselor de ardere (motorină, fumat etc.) sau atunci când carnea este încălzită și, prin urmare, sunt răspândite în mediu. Potențialul cancerigen ridicat al acestor compuși este cel mai probabil parțial responsabil pentru creșterea constantă a cancerului în țările industrializate. Datorită mecanismului lor de acțiune, acestea sunt genotoxice și trebuie activate metabolic (vezi capitolul B), în special cu amino și itroaromatice, există o corelație mare între carcinogenitate și mutagenicitate. Utilizarea industrială a acestor substanțe prezintă un risc potențial ridicat pentru sănătatea umană și, prin urmare, este din ce în ce mai restricționată de lege. Cancerul vezicii urinare, cauzat de amine aromatice, este o boală profesională recunoscută care a fost implicată în ultimii 2 ani
8 muncitori au murit. 14 Prin urmare, industria este chemată să dezvolte înlocuitori mai siguri. Acesta este tocmai momentul în care începe lucrarea de față. În ce mod trebuie modificate aminele aromatice și itroaromaticele pentru a le reduce potențialul mutagen și astfel proprietățile lor cancerigene sau chiar pentru a le stinge complet? Folosind substanțe model derivate din agenți cancerigeni cunoscuți, cum ar fi 4-itrobifenil 1, 4-aminobifenil 2, 2-itrofluoren 3, 2-aminofluoren 4 și 4-itrostilbene 5, investigăm cum rezultă modificările structurale din modificarea grupului funcțional, dar mai ales prin introducerea diferiților substituenți (de exemplu, grupări alchil, CF3, alcoxi sau dialchilamino) asupra mutagenității corpurilor de bază. Fig. 2: Cum afectează modificările structurale mutagenitatea? O 2 O 2 O 2 1 3 5 H 2 H 2 2 4 8
Aminele aromatice și compușii itro se formează de ex. deoarece anumite secvențe de bază apar mai frecvent acolo - un potențial cancerigen mai puternic decât cele care reacționează mai puțin specific. În cazul arilaminelor, cum ar fi 2-aminofluorena sau 4-aminobifenilul, de exemplu, formarea tumorilor hepatice ar putea fi corelată cu transversiile G T în prima bază a codonului 61 în ras proto-oncogen i. 56 Chiar și după formarea aductului, structura continuă să joace un rol important. 4-aminobifenilul și 2-aminofluorena reacționează pentru a forma aducte comparabile în ficatul șoarecelui, dar AD-urile 2-aminofluorene (de exemplu - (deoxiguanozin-8-il) -2-aminofluoren 5) au indus de două ori mai multe tumori decât aductele corespunzătoare de 4-aminobifenil (de exemplu - (deoxiguanozin-8-il) -4-aminobifenil 41). 57 Testele de mutagenitate ale unui număr de amine și itroaromatice în Salmonella typhimurium TA1538 au relevat efecte similare (vezi capitolul C). Atunci când se compară inducerea mutațiilor de către aductii dezoxiguanozinici formați, s-au găsit diferențe semnificative în ceea ce privește eficiența: -Acetilbenzidină> 1-itropiren
Testul de mutagenitate Ames este utilizat pentru a determina specificitatea mutației. 7 Din aceasta se poate deduce ce baze sunt atacate de cancerigenul suprem și ce tip de mutații de substituție a bazelor sunt induse de mutageni. Astfel de investigații sunt mult mai ușor de realizat decât metodele clasice pentru analiza aductului. În comparație cu tulpinile de testare standard TA98 și TA1 și unele dintre variantele lor (TA98R, TA98/1.8DP 6), noile tulpini speciale au fost utilizate până acum doar în studii relativ puține, iar comparațiile sunt, prin urmare, greu posibile. O prezentare generală a progreselor recente în dezvoltarea noilor tulpini Ames este oferită de Josephy. 71 Tulpinile standard de testare TA1 și TA98 cu și fără activare metabolică au fost utilizate în această lucrare. Unele substanțe au fost, de asemenea, examinate cu TA98R. C.3 Implementare Pentru a asigura cea mai mare reproductibilitate a rezultatelor testului, Ames a dezvoltat o procedură de lucru standardizată, care este prezentată pe scurt mai jos. Tulpinile bacteriene care necesită histidină (his-) sunt cultivate timp de câteva ore într-o soluție nutritivă până la o anumită densitate celulară (
Relații structură-mutagenicitate Fig. 17: Influența poziției grupului funcțional asupra mutagenității H 2 H 2 2 65 TA98 + S9: 79 1,5 Rev/nmol 6) Hidrofobicitatea poate pătrunde mai prost în pereții bacterieni. 39
Relațiile structură-mutagenicitate hidroxilamine 79 și 81 sintetizate chimic, precum 77 și 39, sunt mutageni puternici. Evident, etapele ulterioare - adică esterificarea grupării OH și reacția cu DA - sunt mult mai puțin sensibile la factorii sterici. Fig. 21: Cauzele inactivității 1-aftilaminei și 2-aminobifenilului H 2 HOH H 2 P 45 HOH 6 77 78 79 mutagen mutagen nu mutagen mutagen H 2 HOH H 2 HOH P 45 2 39 8 81 mutagen mutagen nu mutagen A O altă caracteristică structurală care a fost corelată calitativ cu potențialul mutagen și care poate fi interpretată cel mai bine ca un fenomen steric este gradul de aromaticitate al unei substanțe și planitatea asociată. După Hirayama, 2-itropirenul 82 este semnificativ mai activ în TA98 decât în TA1 și acționează astfel în primul rând ca un mutagen framehift. 95 Fig. 22: Influența planarității asupra mutagenității (TA98) ii 82 83 TA98-S9: 2569 Rev/nmol 37,7 Rev/nmol Prin hidrogenarea în trepte a legăturilor duble laterale la 2-itro-4,5-dihidropiren și ulterior la 2- itro-4,5,9,1-tetrahidropiren 83 devine planar și, în același timp, de asemenea, i Aici are loc doar oxidarea inelului. ii Geometria structurilor a fost optimizată cu Chem3D folosind metoda AM1. 41
Relații structură-mutagenicitate Tabelul 7: Prezentare generală a substanțelor model Seria testată ame Abreviere Structura R 3 1-I 4-itrobifenil 4 4Bp 1 2 R -O 2 4-Aminobifenil 4ABp 2 1 '-H 2 4-itrosobifenil 4OBp 89 1 4' 2 '3' -O 4-Hidroxilaminobifenil 4HOHBp 9 -HOH, -Dimetil-4-aminobifenil, -DiMe-4ABp 91 -Me 2 -tert-butil-4-aminobifenil -tbu-4abp 92 -HtBu-Acetil-4-aminobip Ac-4ABp 93 -HOAc 3 2-I 4-itrobifenil 4 4Bp 1 2 O 2 -H 4'-metil-4-nitrobifenil 4'Me-4Bp 94 1 '-Me 4'-etil-4-nitrobifenil 4'Et -4Bp 95 R 4 '1 2' 3 '-Et 4'-izo-propil-4-nitrobifenil 4'iPr-4Bp 96 -ipr 4'-terț-butil-4-nitrobifenil 4'tBu-4Bp 97 -tbu 4 '-n-Butil-4-nitrobifenil 4'nBu-4Bp 98 -nbu 3 2-II 3'-Metil-4-nitrobifenil 3-Me-4Bp 4 99 O 2 -H/-Me R 3', 5'- Dimetil-4-nitrobifenil 3 ', 5'DiMe-4Bp 1 1' -Me 3 ', 5'-Di-terț-butil-4-nitrobifenil 3', 5'DitBu-4Bp 11 2 1 4 '2' 3 ' R-tbu 4 2-III 4'-Adamantil-4-nitrobifenil O 4'Ad-4Bp 12 2 -Ad 4-itroterfenilen 4 '4Tp 13 -Ph 2-Fenil-5-nitropiridină 2Ph5P 2 14 -H 4'-terț -Butil-2 -fenil-5-nitropiridină 4'tBu-2Ph5P 15 R 4 '5 O 2 R -tbu 3 2-itro-5-fenilpiridină 4 5Ph2P 16 O 2-H 4'-terț-butil-2-nitro-5-fenilpiridină 4'tBu-5Ph2P 17 5 1 'R 4' 2 '3' 2-VI 2-itrofluoren 2F 3 7 2 -H 2 -tbu 7-metil-2-nitrofluoren 7Me-2F 18 -Me 7-terț-butil- 2-nitrofluoren 7tBu-2F 19 -tbu 7-adamantil-2-nitrofluoren 7Ad-2F 11 -Ad RO 2 5
Sinteza substanțelor model Tabelul 9: Rezultatele cuplajelor încrucișate cu 4-itrobifenili substituiți cu CF 3 F Metodă de intrare Produs 3 C O 2 Randament b 1 Suzuki a 4'CF 3-4Bp 126
Hidroxilamino> amino> itro din. Dimetilarea funcției amino reduce mutagenitatea doar ușor în comparație cu amina liberă, deoarece grupările metil sunt ușor despărțite prin oxidare. Terț-butilarea sau acetilarea grupării amino duce la compuși mai puțin mutageni (92, 93), dar acest efect nu este suficient pentru a suprima complet mutagenitatea. 14
Rezultate și discuții ale investigațiilor de mutagenitate F.2.1.2 Substituenți alchil mai mari Dacă astfel de reduceri ale mutagenității pot fi transferate și în alte sisteme cu grupări orto-alchil și, astfel, o relație generală validă structură-mutagenitate a fost examinată în detaliu în grupul nostru de lucru. Schmitt are 1-alchil-2-aminonaftalenele (1-alchil-2A) 6, 38-311, 1-alchil-2-aminofluorenele (1-alchil-AF) 4, 312-315 și 3-alchil-4-aminobifenilii ( 3Alchil-4ABp) 2, 316-319 sintetizate și teste Ames efectuate. 26 Studiile corespunzătoare asupra 3,5-dialchil-4-aminobifenililor 32-322 (3,5DiAlchil-4ABp) provin din Glende 151 (Tabelul 26). Pentru analiza comparativă, potențialul mutagen în revertanți/(1 nmol) a fost din nou calculat pe baza datelor dvs. prin analiza de regresie conform metodei descrise în C.5. Sunt prezentate doar datele obținute în prezența S9-Mix, deoarece majoritatea aminelor erau inactive fără S9-Mix, așa cum era de așteptat. Fig. 82: 2-aminonaftalenele orto-alchilate, 2-aminofluorenele și 4-aminobifenilii Et ipr nbu tbu H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 6 38 39 31 311 Et ipr nbu tbu H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 4 312 313 314 315 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 Et ipr nbu tbu 2 316 317 318 319 Me H 2 Et H 2 ipr H 2 Me Et ipr 32 321 322 18
Rezultate și discuții ale studiilor de mutagenitate Tabelul 27: Prezentare generală a mutagenității compușilor 4-itrobifenili orto-alchilați F.2.1.3 Revertanti/(1 nmol) TA98-S9 TA98 + S9 TA1-S9 TA1 + S9 4Bp 1 8.53-1.31 3Me-4Bp 323 4.64-24.3-3Et-4Bp 324.51-13.71-3iPr-4Bp 325.43-4.12-3tBu-4Bp 326 69). Astfel de aranjamente itro sunt cunoscute din structurile cristaline ale compușilor itro orto-alchilați. 112
1% Dacă structura corpului de bază are o influență atât de clară asupra raportului conformațiilor DA, se poate presupune că substituenții care schimbă forma moleculei au, de asemenea, o influență similară. Mai ales cu aducti cu 134 mari
Rezultatele și discuțiile studiilor de mutagenitate atunci când replicarea duce la mai puține mutații sau poate chiar la acestea, compuși precum 4ABp 2 și 4'tBu-4ABp 116 ar trebui să fie semnificativ mai puțin mutagen decât moleculele plane cum ar fi 2AF 4 Substituenții care solicită steric (terț-butil, adamantil) ar putea afecta și transformarea dinamică a conformațiilor prin creșterea energiei de activare pentru acest proces prin interacțiuni sterice nefavorabile. 141